ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК G21D1/02 G21C19/31 

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и системой защитного газа, снабжена устройством ввода газовой смеси, которое выполнено в виде направляющей несъемной трубы, в которой размещена съемная труба, включающая на нижнем участке гибкие сильфонные элементы, например, компенсаторы перемещений, а к нижнему концу съемной трубы подсоединен сопловый насадок в виде перфорированного штуцера или штуцера с системой капиллярных труб переменного диаметра и длины (см. Патент РФ №2192052, класс МПК 7 G 21 C 9/00, 2002 г.).

Недостатком данного технического решения (как показали испытания на стендах в натурных условиях) является возможность забивания каналов сопловых насадок отложениями частиц примесей теплоносителя, а также возможность поступления жидкометаллического теплоносителя и последующего его застывания в газовых линиях устройства ввода газовой смеси при неправильных действиях эксплуатационного персонала, что требует сложных и длительных операций по размораживанию и удалению застывшего металла из этих труб для восстановления их проходимости по газу, а также то, что эти устройства формируют пузыри газа с размерами, близкими к размерам отверстий истечения насадок, которые не могут быть малыми, чтобы не забиваться примесями.

Задачи, решаемые изобретением, - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки и обеспечение безопасности реакторного блока ядерной энергетической установки со свинцовым и свинцово-висмутовым теплоносителем.

Технический результат - повышение эффективности очистки теплопередающих поверхностей и каналов циркуляции теплоносителя за счет большей диспергеризации восстановительной газовой фазы и повышение надежности системы очистки за счет исключения процессов забивания отверстий истечения сопловых насадок частицами примесей и “заброса” жидкого металла в “холодные” газовые каналы путем удаления восстановлением оксидов теплоносителя на теплопередающих поверхностях и в проточных каналов контура циркуляции (в активной зоне реактора), как это имело место на отечественной реакторной установке со свинцово-висмутовым теплоносителем с последующим разрушением активной зоны реактора энергоблока.

Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции, системой защитного газа и устройством ввода газовой смеси, устройство ввода газовой смеси выполнено в виде вращающейся от электродвигателя газовой напорной камеры, установленной в тракте циркуляции жидкометаллического теплоносителя и сообщенной каналами с системой защитного газа и с объемом циркулирующего жидкометаллического теплоносителя, а верхняя и нижняя стенки газовой напорной камеры являются несущими элементами циркуляторов жидкометаллического теплоносителя, формирующих направленный двухкомпонентный поток теплоноситель-газ.

Ядерная энергетическая установка, по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя стенки газовой напорной камеры выполнены в виде соосных дисков, на наружных поверхностях которых установлены лопатки и покрывные диски, формирующие совместно два рабочих колеса циркулятора, разделенные напорной камерой; каналы, сообщающие напорную камеру с системой защитного газа, выполнены в вале, передающем вращение от электродвигателя к напорной камере; газовый объем напорной камеры сообщен с объемом циркулирующего жидкометаллического теплоносителя через щелевой кольцевой зазор, образованный периферийными областями верхнего и нижнего соосных дисков.

На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение; на фиг.2 представлено устройство ввода газовой смеси.

В ядерном реакторе 1 с ЖМТ или его сплавами, с размещенным под свободным уровнем теплоносителя 2, активной зоной 3, парогенератором 4, средствами циркуляции, например, насосами 5, установлено устройство 6 ввода восстановительно-газовой смеси, которое имеет узел уплотнения 7 вала 8. Верхняя часть вала 8 соединена с электродвигателем 9, а на нижней части вала 8 установлена напорная камера 10, которая погружена под свободный уровень теплоносителя 2 и сообщена каналами 11 в вале 8 с газовой полостью 12 реактора 1 и с трактом циркуляции теплоносителя 13. Напорная камера 10 образована верхним и нижним соосными дисками 14, на наружных поверхностях которых установлены лопатки 15 и покрывные диски 16, формирующие совместно с соосными дисками два рабочих колеса циркулятора 17, разделенных напорной камерой 10, сообщенной с системой защитного газа через каналы 11 в вале 8, передающем вращение от электродвигателя 9 к напорной камере 10; газовый объем напорной камеры 10 сообщен с объемом жидкометаллического теплоносителя через кольцевой щелевой зазор 18, образованный периферийными областями верхнего и нижнего соосных дисков.

Работа ядерной энергетической установки осуществляется следующим образом.

Основанием для проведения очистки является регламентная технологическая очистка контура (по установленным срокам очистки).

Производят замену газа в газовой полости 12 реактора 1, в нее вводят газ - восстановитель оксидов теплоносителя - водород. Вводят в действие электродвигатель 9. Соосные диски 14 напорной камеры 10 создают направленное движение теплоносителя и, соответственно, локальное уменьшение давления вблизи канала истечения газа в жидкий металл. За счет этого процесса, а также за счет центробежных сил в газовом объеме напорной камеры 10 газ поступает в поток жидкометаллического теплоносителя, где дробится под действием турбулентности и других механизмов. Соосные диски 14 тракта циркуляции теплоносителя 13 формируют двухкомпонентный поток в направлении кольцевого щелевого зазора 18 выхода газовой смеси из напорной камеры 10. Образующийся в процессе работы устройства 6 ввода газовой смеси двухкомпонентный поток ЖМТ-газ доставляет газовую фазу ко всем участкам ядерного реактора 1, что позволяет производить очистку теплоносителя и ядерной энергетической установки от оксидов теплоносителя.

Образующийся в процессе химической реакции восстановления оксидов теплоносителя водяной пар поступает в газовую полость 12 реактора 1, а затем выводится в газовую систему, где конденсируется и конденсат сбрасывается в систему спецводоочистки.

Применение предлагаемого технического решения позволяет:

- повысить эффективность очистки поверхностей реакторного блока от отложений значительной толщины на теплопередающих поверхностях активной зоны, исключая последующее ее разрушение из-за перегрева оболочек твэл, а также поверхностей парогенераторов;

- исключить возможность забивания каналов ввода газовых восстановительных смесей жидкометаллического теплоносителя отложениями частиц примесей теплоносителя;

- исключить возможность поступления жидкометаллического теплоносителя в газовые линии и последующего застывания в них при неправильных действиях эксплуатационного персонала;

- организовать направленную циркуляцию газовой фазы в составе двухкомпонентного потока ЖМТ - газовая смесь, исключающая агломерацию газовых пузырей в области их формирования.

Изобретние относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением. Представлена ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции, системой защитного газа и устройством ввода газовой смеси, выполненным в виде вращающейся от электродвигателя газовой напорной камеры, погруженной под свободный уровень теплоносителя в тракте его циркуляции и сообщенной каналами с системой защитного газа и с объемом циркулирующего теплоносителя, а верхняя и нижняя стенки газовой напорной камеры являются несущими элементами циркуляторов жидкометаллического теплоносителя, формирующих поток в направлении канала выхода газовой смеси из газовой напорной камеры. Предлагаемое решение обеспечивает эффективную очистку от отложений примесей - оксидов теплоносителя поверхностей реакторного блока, теплопередающих поверхностей активной зоны, теплопередающих поверхностей парогенераторов и исключает применение “холодных” ловушек, гидродинамических и механических фильтров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции, системой защитного газа и устройством ввода газовой смеси, отличающаяся тем, что устройство ввода газовой смеси выполнено в виде вращающейся от электродвигателя газовой напорной камеры, установленной в тракте циркуляции жидкометаллического теплоносителя и сообщенной каналами с системой защитного газа и с объемом циркулирующего жидкометаллического теплоносителя, а верхняя и нижняя стенки газовой напорной камеры являются несущими элементами циркуляторов жидкометаллического теплоносителя, формирующих направленный двухкомпонентный поток теплоноситель-газ.2. Ядерная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя стенки газовой напорной камеры выполнены в виде соосных дисков, на наружных поверхностях которых установлены лопатки и покрывные диски, формирующие совместно два рабочих колеса циркулятора, разделенных напорной камерой; каналы, сообщающие напорную камеру с системой защитного газа, выполнены в вале, передающем вращение от электродвигателя к напорной камере; газовый объем напорной камеры сообщен с объемом циркулирующего жидкометаллического теплоносителя через щелевой кольцевой зазор, образованный периферийными областями верхнего и нижнего соосных дисков.