БЕЗОПАСНЫЙ РЕАКТОР С РОТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 1994 года по МПК F01C1/344 F01K25/00 

Изобретение относится к атомной энергетике и может использоваться в водном, железнодорожном и воздушном транспортах.

Известна одноконтурная АЭС, содержащая реактор, паровую турбину, конденсатор, насос.

Однако в такой АЭС под влиянием облучения в реакторе рабочая среда (вода, пар) становится радиоактивной, в связи с чем не только реактор, но и другое оборудование водопроводного тракта электростанции должно иметь биологическую защиту, усложняющую АЭС.

Известные АЭС размещаются в огромных дорогостоящих зданиях, сооружениях со сложными паропроводами, снижающими КПД. Паровые турбины с огромными мощностями не позволяют обеспечить быструю остановку и запуск.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение безопасности, надежности и ресурса.

Цель достигается тем, что реактор, установленный в корпусе, выполнен с рубашкой, занимающей сектор с углом α, и соединен со змеевиком. В корпусе реактора выполнены камера с подпружиненной заслонкой и вертикальный канал, соединенный со змеевиком и соплами. Корпус роторного двигателя, являющийся экраном корпуса реактора, крепится на нижнюю фасонную крышку, являющуюся экраном основания корпуса реактора и выполненную с зубчатым венцом, взаимодействующим с шестерней вала, передающего крутящий момент. Рабочая камера образована между наружной стенкой корпуса реактора и внутренней стенкой корпуса двигателя, а для предотвращения взрыва реактора установлен предохранительный клапан.

На фиг.1 показан предлагаемый реактор, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 - рубашка, выполненная лабиринтно.

Безопасный реактор с роторным двигателем содержит цилиндрический реактор 1, установленный в корпусе 2, выполненный с рубашкой 3, занимающей сектор с углом α , заполненной охлаждающей питательной водой, соединенной со змеевиком 4 (если рубашка 3 выполнена с лабиринтами, фиг.3, то змеевик будет отсутствовать) и кран 5. В корпусе 2 выполнена камера 6 (корпус камеры выполняется с каналами для циркуляции охлаждающей, питательной воды), взаимодействующая с подпружиненной пустотелой заслонкой 7, выполненной с отверстием 8, соединяющим камеру 6 с рабочей камерой 9. В корпусе 2 выполнен вертикальный канал 10, соединенный с соплом 11 в зависимости от высоты заслонки 7, фиг. 2 (их количество может быть 2-4), и выхлопной канал 12 (фиг. 2), соединенный с конденсатором и питательным насосом. Корпус 2 установлен на опоре 13 и закрывается крышкой 14, выполненной с лазом. Корпус 15 роторного двигателя, являющийся экраном реактора, крепится на фасонную крышку 16, являющуюся экраном основания реактора, взаимодействующую с опорой 13 и упорным подшипником 17 и снабженную зубчатым венцом 18. Внутри корпуса 15 роторного двигателя установлен разделитель 19, разделяющий рабочую камеру 9 пополам, взаимодействующий с поверхностью корпуса 2, а с наружной стороны крепится противовес 20, уравновешивающий центробежные силы разделителя 19. Корпус 15 закрывается крышкой 21, являющейся экраном крышки 14, выполненной с отверстием, внутренняя стенка которого взаимодействует с наружной стенкой лаза. В опоре 13 размещен предохранительный клапан 22. Между опорой 13 и крышкой 16 выполняется зазор е. Снятие мощности от роторного двигателя осуществляется валом 23, выполненным с конической шестерней, взаимодействующий с венцом 18.

Безопасный реактор с роторным двигателем работает следующим образом.

Питательная вода насоса поступает в рубашку 3 (фиг.3, 2, стрелки) и от тепла корпуса 2, превращаясь в насыщенный пар, попадает в змеевик 4, установленный внутри активной зоны реактора 1 (рубашка 3 занимает значительный сектор, обозначенный углом α , если она выполнена с лабиринтами, фиг. 3, насыщенный пар в самой рубашке превратится в перегретый пар, при этом необходимость змеевика 4 отпадает), закрытого крышкой 14 и выполненного с опорой 13. В змеевике 4 насыщенный пар, превращаясь в перегретый пар, через кран 5 попадает в вертикальный канал 10, выполненный в корпусе 2, и через сопла 11 - в рабочую камеру 9. В рабочей камере 9 температура высокая, так как внутренняя стенка роторного двигателя является наружной стенкой корпуса 2 активной зоны реактора 1, следовательно, в рабочую камеру 9 тепло подводится снаружи, поэтому температура и давление поступающего из сопел 11 перегретого пара поддерживается постоянно.

При этом стенка корпуса 2 активной зоны реактора 1 нагревается максимально, если даже через сопла 11 будет подаваться вода, она, охлаждая корпус 2, превратится в пар, создавая давление.

Давление и температура поступающего в камеру 9 пара может подняться, если температура стенки корпуса 2 будет достаточно высокой. Под давлением Р пара в рабочей камере 9 разделитель 19 перемещается по часовой стрелке ω , вращает корпус 15 роторного двигателя, являющийся экраном корпуса реактора, закрытый крышкой 21, закрепленный на крышке 16, взаимодействующей с подшипником 17 и опорой 13.

При номинальной мощности перегретый пар в рабочую камеру 9 будет подаваться в течение 100^о поворота разделителя 19. Может подаваться и насыщенный пар, так как он будет охлаждать стенку корпуса 2. Продолжительность подачи пара (насыщенного или перегретого) в рабочую камеру 9 может быть больше.

После прекращения подачи пара в рабочую камеру 9 температура и давление начнут падать, тем более на участке, занимаемом рубашкой 3, где тепло отбирается питательной водой. Перед проходом разделителя 19 над выхлопным каналом 12 давление в рабочей камере 9 понизится до атмосферного. При работе двигателя ниже номинальной мощности рабочий агент будет подаваться в меньшем количестве, следовательно, разделитель 19, не доходя до канала 12, понизит давление в рабочей камере 9 ниже атмосферного, при отсутствии подачи рабочего агента в рабочей камере создается вакуум, поэтому двигатель будет работать без выхлопного шума. Отработавший пар через выхлопной канал 12 попадает в конденсатор и в питательный контур.

При подходе к заслонке 7 разделитель 19 взаимодействует с ней своим скосом, утапливает ее в камеру 6, зажимая пружину, а газы, находящиеся в камере 6, выталкиваются через отверстия 8 в рабочую камеру 9. По мере прохода разделителя 19, взаимодействуя с его обратным скосом, под давлением пружины, заслонка 7 прижимается к внутренней стенке корпуса 15, и процесс повторяется.

При вращении корпуса 15 крутящий момент передается через венец 18 на вал 23, а противовес 20 уравновешивает центробежную силу разделителя 19.

Двигатель может выполняться с двумя рабочими камерами 9, т.е. с четным числом.

Предложенный двигатель полностью уравновешивается, и он будет работать без шума и стуков.

Использование: в атомной энергетике. Сущность изобретения: реактор установлен в вертикальном цилиндрическом корпусе, снабженном секторной рубашкой охлаждения, соединенной со змеевиком. Разделительная подпружиненная заслонка размещена в радиальном пазу корпуса, по обе стороны от которого выполнены выпускной и впускной каналы. Впускной канал сообщен со змеевиком и соплами. Рабочая камера двигателя образована между наружной стенкой корпуса реактора и внутренней стенкой цилиндрического корпуса двигателя. Корпус двигателя является экраном реактора и установлен с возможностью вращения на нижней фасонной крышке, выполненной с зубчатым венцом, взаимодействующим с шестерней выходного вала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. БЕЗОПАСНЫЙ РЕАКТОР С РОТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, содержащий реактор, парогенератор, паровую турбину и систему обслуживания с предохранительными клапанами, отличающийся тем, что реактор установлен в вертикальном цилиндрическом корпусе, снабженном секторной рубашкой охлаждения, соединенной со змеевиком, а также разделительной подпружиненной заслонкой, размещенной в радиальном пазу корпуса, по обе стороны от которого выполнены выпускной и впускной каналы, при этом последний сообщен со змеевиком и соплами, а рабочая камера двигателя образована между наружной стенкой корпуса реактора и внутренней стенкой цилиндрического корпуса двигателя. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что корпус двигателя является экраном реактора и установлен с возможностью вращения на нижней фасонной крышке, выполненной с зубчатым венцом, взаимодействующим с шестерней выходного вала.