СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ ОБЪЕМА Российский патент 1997 года по МПК G21C13/04 G21D1/02 

Предлагаемое изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в ядерных энергетических установках с водо-водяными реакторами с паровой системой компенсации объема.

Известен паровой компенсатор давления, в котором подогревается до кипения часть воды, ограниченная специальным кожухом в нижней части компенсатора [1]
Недостатком этого компенсатора является большое энерго-потребление, обусловленное необходимостью компенсации тепловых потерь через всю поверхность компенсатора.

В паровой системе компенсации объема по а.с.СССР N 505027 электрокотел выполнен отдельно от компенсатора и может располагаться на любой высоте над уровнем воды в компенсаторе [2]
Недостатком системы также является большое энергопотребление, обусловленное необходимостью компенсации тепловых потерь через поверхность компенсатора и дополнительных потерь с поверхности электрокотла и соединительных патрубков.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергопотребления в электрокотле путем уменьшения теплопотерь с поверхности электрокотла, соединительных трубопроводов и поверхности уровня воды в аккумулирующем емкости.

Указанная задача достигается тем, что система компенсации объема, содержащая компенсатор, сообщенный с электрокотлом и соединенный с напорным и всасывающим каналами, снабжена аккумулирующей емкостью с расположенными внутри приемным и сливным патрубками, гидравлически связанной по воде и пару с электрокотлом и размещенной смежно с ним внутри парового объема компенсатора, электрокотел снабжен теплоизоляцией, сливной патрубок емкости выполнен в виде пучка вертикальных трубок, верхние торцы которых размещены равномерно по нисходящей спирали, причем общая площадь проходного сечения трубок выбрана из соотношения:

где V максимальный объемный расход теплоносителя через сливной патрубок;
g ускорение свободного падения;
α, ρ′, ρ″ коэффициент поверхностного натяжения, плотность жидкости и пара на линии насыщения при рабочем давлении.

Трубопровод, соединяющий патрубок с водяной частью компенсатора, снабжен дроссельным устройством, а аккумулирующая емкость снабжена поплавком.

Изобретательский уровень конструкции системы компенсации объема обусловлен относительным расположением входящих в систему элементов, введением в нее дополнительных устройств, а также рациональным выбором основных размеров, что придает системе новые свойства, отсутствовавшие у известных технических решений, а именно, снижение энергопотребления.

Сущность предлагаемого изобретения поясняются чертежом, где на фиг. 1 показана система компенсации объема, а на фиг. 2 в увеличенном масштабе сливной патрубок аккумулирующей емкости и поплавок.

Система компенсации объема обслуживает ядерную энергетическую установку, включающую в себя ядерный реактор 1, циркуляционный насос 2, парогенератор 3, соединенные "горячим" 4 и "холодным" 5 трубопроводами, образуя контур циркуляции водяного теплоносителя. К "горячему" трубопроводу 4 через обратный клапан 6 и приемный патрубок 7 подключена открытая сверху и окруженная теплоизоляцией 8 аккумулирующая емкость 9, в нижней части которой имеются каналы 10, связывающие ее с водяным объемом электрокотла 11, смежно размещенного вместе с аккумулирующей емкостью внутри парового объема компенсатора 12. В водяном объеме электрокотла размещены нагреватели 13 и он окружен слоем теплоизоляции 14. На уровне воды 15 в аккумулирующей емкости расположен поплавок 16. Сливной патрубок 17 выполнен в виде пучка вертикальных трубок 18, верхние торцы 19 которых как показано на фиг. 2 размещены равномерно по нисходящей спирали. Общая площадь проходного сечения трубок выбрана из соотношения (1). Трубопровод 20 соединяет сливной патрубок 17 с водяным объемом нижней части компенсатора 21 и имеет дроссельное устройство 22, например, в виде местного сужения сечения (дроссельной шайбы).

Система компенсации объема работает скудеющим образом.

В исходном состоянии контур циркуляции 1-4-3-5-2 и нижняя часть компенсатора давления заполнены водой. При включении насоса 2 вода из "горячего" трубопровода 4 через обратный клапан 6 и приемный патрубок 7 поступает в аккумулирующую емкость 9, а оттуда через сливной патрубок 17 в трубопровод 20 и затем через дроссельное устройство 22 в водяной объем 21 компенсатора, откуда возвращается в "холодный" трубопровод 4. Одновременно через каналы 10 осуществляется заполнение электрокотла 11, смежно размещенного с 9 внутри парового объема компенсатора 12. Далее включаются электронагреватели 13 и вводится в действие реактор 1. Нагретая в реакторе вода циркулирует по основному контуру циркуляции 1-4-3-5-2 и рециркулирует по контуру 1-6-7-9-17-20-22-21-2:-2-1, поддерживая оборудование контура при температуре выхода воды из реактора. Недогрев до кипения воды на выходе из реактора величиной 15 20^oC обеспечивается генерацией пара в электрокотле 11 за счет электронагревателей 13. Питание электрокотла осуществляется при этом через каналы 10 даже при отсутствии рециркуляции за счет запаса воды в 9. Снижение энергопотребления в предлагаемой системе осуществляется за счет уменьшения теплопотерь с 9, 11 и соединяющих их каналов, путем их смежного размещения внутри парового объема компенсатора 12, снабжения 9 и 11 теплоизоляцией, что минимизирует поверхность теплопередачи, величину температурного напора и коэффициентов теплопередачи. Дополнительное снижение теплопотерь осуществляется путем экранирования в 9 поверхности уровня 5 поплавком 6, что уменьшает интенсивность конденсации пара. Кроме того, уменьшение энергопотребления происходит за счет уменьшения интенсивности конденсации пара путем его втягивания в нисходящий поток воды в сливном патрубке 17 и трубопроводе 20 при воронкообразовании.

С целью предотвращения воронкообразования сливной патрубок 17 выполнен в виде пучка вертикальных труб 18, верхние концы которых 19 размещены равномерно по нисходящей спирали. При максимальном объемном расходе теплоносителя через сливной патрубок все параллельные трубки 8 заполнены водой, причем скорость опускного движения последней меньше, чем скорость всплытия пузырей пара, что препятствует их попаданию в поток воды, уменьшая тем самым интенсивность конденсации пара и энергопотребление электрокотла. Величина скорости всплытия пузырей пара определяется комплексом (2).

что в сочетании с уравнением неразрывности
V fw (3)
дает заявляемое соотношение для величины общей площади проходного сечения трубок.

Эксперименты, проведенные на модели устройства, показали эффективность предложенного технического решения (мощность конденсации пара в 18 снизилась в 2,5 3 раза), а также необходимость установки специального дроссельного устройства 22, которое позволяет корректировать гидравлическую характеристику трассы 7-19-18-20-21, с целью стабилизации последней (уменьшения автоколебаний уровня 15).

Использование: в атомной технике и может быть использовано в ядерных энергетических установках. Сущность изобретения: система содержит аккумулирующую емкость 9, электрокотел 11, смежно размещенные внутри парового объема компенсатора 12. Сливной патрубок 17 выполнен в виде пучка вертикальных трубок. Трубопровод 20 соединяет сливной патрубок 17 с водяным объемом нижней части компенсатора 21 и имеет дроссельное устройство 22. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система компенсации объема, содержащая компенсатор, сообщенный с электрокотлом и соединенный с напорным и всасывающим каналами, отличающаяся тем, что система снабжена аккумулирующей емкостью с расположенными внутри приемным и сливным патрубками, гидравлически связанной по воде и пару с электрокотлом и размещенной смежно с ним внутри парового объема компенсатора, электрокотел снабжен теплоизоляцией, сливной патрубок емкости выполнен в виде пучка вертикальных трубок, верхние торцы которых размещены равномерно по нисходящей спирали, причем общая площадь проходного сечения трубок из соотношения

где V максимальный объемный расход теплоносителя через сливной патрубок;
g ускорение свободного падения;
α, ρ′, ρ″ - коэффициент поверхностного натяжения, плотность жидкости и пара на линии насыщения при рабочем давлении,
а трубопровод, соединяющий сливной патрубок с водяной частью компенсатора, снабжен дроссельным устройством. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что аккумулирующая емкость снабжена поплавком.