РЕАКТОР С ОХЛАЖДЕНИЕМ ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК G21C15/02 

Область применения изобретения

Объектом данного изобретения является ядерный реактор, охлаждаемый водой под давлением.

Уровень техники

В ядерном реакторе с охлаждением водой под давлением подаваемый в реактор теплоноситель первого контура нагревается за счет тепловой энергии от тепловыделяющих сборок реактора и затем поступает в парогенератор. В парогенераторе нагретый теплоноситель первого контура и теплоноситель второго контура подвергаются процессу теплообмена, и пар, выделяемый в результате кипения теплоносителя второго контура, поступает на турбину для выработки электроэнергии.

На Фиг.6 схематично представлен вертикальный вид в разрезе обычного реактора с охлаждением водой под давлением. Резервуар высокого давления 1 реактора, по существу, представляет собой цилиндрическую емкость с вертикально расположенной продольной осью. Резервуар высокого давления 1 реактора имеет входные патрубки 4, через которые поступает теплоноситель первого контура, и выходные патрубки 5, через которые выходит нагретый теплоноситель первого контура. Внутри корпуса высокого давления 1 реактора расположено большое количество тепловыделяющих сборок 2, цилиндрическая корзина 3 активной зоны, окружающая тепловыделяющие сборки 2, и нижняя опорная плита 8 активной зоны, поддерживающая тепловыделяющие сборки 2. Между корпусом высокого давления 1 и корзиной 3 активной зоны предусмотрена кольцевая опускная камера 5 ядерного реактора. В нижней части опускной камеры 6 ядерного реактора установлены радиальные шпонки 9 для обеспечения опоры в радиальных направлениях для корпуса высокого давления 1.

Теплоноситель первого контура поступает в корпус высокого давления 1 ядерного реактора по входным патрубкам 4 и стекает вниз в опускной камере 6. Слитый теплоноситель первого контура собирается в нижнем пленуме 7, установленном под тепловыделяющими сборками 2. Затем слитый теплоноситель первого контура поворачивается на 180° и идет вверх через нижнюю опорную плиту 8 активной зоны и тепловыделяющие сборки 2 в корзину 3 активной зоны. Теплоноситель первого контура, нагретый в тепловыделяющих сборках 2, достигает верхней части корпуса высокого давления 1 реактора, перемешивается и вытекает через выходные патрубки 5, после чего поступает в парогенератор (не показан).

В таком реакторе с охлаждением водой под давлением в случае, если при работе в нормальном режиме расход или давление теплоносителя первого контура становятся неравномерно распределенными, тепловыделяющие сборки 2 охлаждаются неравномерно. Таким образом, важно обеспечить подачу равномерно распределенного теплоносителя первого контура к тепловыделяющим сборкам 2.

Для того чтобы сделать равномерным по окружности поток теплоносителя, поступающего через входные патрубки, предлагалось устанавливать антиразделительный элемент обтекаемой формы в опускной камере и делать радиальные опоры (радиальные шпонки) обтекаемой формы (см. патентный документ 1).

Патентный документ 1. Публикация выложенной патентной заявки Японии №2005-24383.

Существо изобретения

Как было указано выше, известна конфигурация, в которой поток теплоносителя первого контура, протекающий вниз по опускной камере, предлагалось делать равномерно распределенным с целью обеспечения равномерного распределения потока теплоносителя первого контура, проходящего через тепловыделяющие сборки ядерного реактора. Однако обычный способ, при котором в опускной камере устанавливают антиразделительный элемент или придают обтекаемую форму радиальным опорам, действительно, способен устранить разделение потока в локальной области, но не в состоянии сделать поток теплоносителя первого контура равномерно распределенным по всей окружности опускной камеры.

Настоящее изобретение предлагается с целью решения вышеуказанной проблемы; задачей является создание внутриреакторного устройства, способного сделать поток теплоносителя первого контура, стекающий вниз в опускной камере, равномерно распределенным по окружности, и обеспечить подачу равномерно распределенного теплоносителя первого контура к тепловыделяющим сборкам.

Для решения поставленной задачи предлагается реактор с охлаждением водой под давлением, содержащий: цилиндрический корпус высокого давления с вертикально ориентированной осью, имеющий определенное количество входных патрубков на боковой поверхности; множество тепловыделяющих сборок, размещенных в корпусе высокого давления реактора; цилиндрическую корзину активной зоны с вертикальной осью, окружающую указанное множество тепловыделяющих сборок, и кольцевую опускную камеру между цилиндрической корзиной активной зоны и внутренней боковой поверхностью корпуса высокого давления; а также определенное количество радиальных опор, расположенных на расстоянии друг от друга в направлении по окружности, установленных в опускной камере под входными патрубками, с целью размещения корзины активной зоны и корпуса высокого давления таким образом, чтобы образовался вертикальный канал для прохода потока теплоносителя через каждую указанную радиальную опору.

Данное изобретение может обеспечить получение равномерного распределения по окружности потока теплоносителя первого контура, а также равномерно распределенного потока теплоносителя первого контура, поступающего к тепловыделяющим сборкам.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлен горизонтальный вид в разрезе, показывающий внутриреакторное устройство ядерного реактора с охлаждением водой под давлением согласно первому варианту осуществления данного изобретения.

На Фиг.2 представлен вертикальный разрез по линии II-II на Фиг.1 (в направлении по стрелкам), иллюстрирующий конфигурацию установленной в потоке теплоносителя радиальной шпонки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

На Фиг.3 представлен горизонтальный разрез, показывающий внутриреакторное устройство согласно второму варианту осуществления.

На Фиг.4 представлен вертикальный разрез по линии IV-IV на Фиг.3 (в направлении стрелок).

На Фиг.5 представлен горизонтальный разрез, показывающий модификацию внутриреакторного устройства по второму варианту осуществления.

На Фиг.6 схематично представлен вертикальный вид в разрезе обычного реактора с охлаждением водой под давлением.

Варианты осуществления изобретения

Ниже приводится описание вариантов осуществления реактора с охлаждением водой под давлением согласно настоящему изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи.

Первый вариант осуществления

Первый вариант осуществления данного изобретения описывается со ссылками на Фиг.1 и 2.

Одни и те же или аналогичные элементы (элементы, аналогичные применяемым в обычном внутриреакторном устройстве) обозначены одинаковыми номерами позиций, и повторное описание таких элементов опускается.

В данном варианте осуществления в качестве радиальных опор используются радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя и элементы 40 со шпоночными канавками. Внутри каждой из радиальных шпонок 21 предусмотрен канал 22 для прохождения теплоносителя.

Четыре радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя установлены на внешней стороне корзины 3 активной зоны в нижней ее части, чтобы отделить их друг от друга по окружности. Каждая из радиальных шпонок 21 с каналом для прохода теплоносителя имеет выступ определенной высоты. Каждый из элементов 40 со шпоночными канавками установлен в положении, в котором он находится напротив одной из радиальных шпонок 21 с каналом для прохождения теплоносителя. Каждый из элементов 40 со шпоночными канавками 40 имеет вертикально расположенную шпоночную канавку 41. Форма каждого из выступов радиальных шпонок 21 с каналом для прохождения теплоносителя соответствует форме одной из шпоночных канавок 41, что сделано для обеспечения возможности установки корзины 3 активной зоны в корпусе высокого давления 1.

В центре каждой из радиальных шпонок 21 выполнен канал 22 для прохождения теплоносителя, по которому теплоноситель проходит вертикально вверх.

Конструкция всех остальных элементов аналогична конструкции обычного варианта исполнения реактора, описанной выше (см. Фиг.6).

В рассматриваемом варианте исполнения корзина 3 активной зоны устанавливается в нужном положении с зазором относительно корпуса высокого давления 1 реактора с помощью радиальных шпонок 21 с каналом для прохождения теплоносителя и элементов 40 со шпоночными канавками. Поток 12 теплоносителя первого контура, поступающий вниз в опускной камере 6, при прохождении через радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя разделяется на левый и правый потоки. Кроме того, часть потока теплоносителя первого контура проходит по каналам 22, выполненным в центральной части радиальных шпонок 21. Это предупреждает разделение потока теплоносителя, которое может происходить, когда теплоноситель проходит через радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя. В результате становится возможным предотвратить локальное снижение расхода теплоносителя первого контура, поступающего к тепловыделяющим сборкам 2, расположенным под радиальными шпонками 21 с каналом для прохождения теплоносителя.

Несмотря на то, что в данном варианте осуществления радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя установлены в четырех местах по окружности, при необходимости количество данных радиальных шпонок 21 можно увеличивать или уменьшать. Далее, несмотря на то, что в описанном выше варианте осуществления каналы 22 для прохождения теплоносителя выполнены в боковых элементах корзины 3 активной зоны, данные каналы 22 для прохождения теплоносителя могут быть выполнены в компонентах корпуса высокого давления 1, а также одновременно в боковых элементах корзины 3 активной зоны и в боковых компонентах корпуса высокого давления 1.

Кроме того, в представленном способе осуществления радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя установлены снаружи от корзины 3 активной зоны, а элементы 40 со шпоночными канавками установлены внутри корпуса высокого давления 1. Однако элементы 40 со шпоночными канавками могут быть установлены, наоборот, снаружи от корзины 3 активной зоны, а радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя могут устанавливаться внутри корпуса высокого давления 1 реактора.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления данного изобретения показан на Фиг.3-5. Одни и те же или аналогичные элементы (элементы, аналогичные используемым в первом варианте осуществления) обозначаются одинаковыми номерами позиций, и повторное описание таких элементов опускается.

Во втором варианте осуществления вместо радиальных опор, содержащих радиальные шпонки 21 с каналом для прохождения теплоносителя и элементы 40 со шпоночными канавками, каждая радиальная опора 23 состоит из двух магнитных элементов 24 и 25. Каждая радиальная опора 23 содержит магнитный элемент 24, прикрепляемый к корзине 3 активной зоны, и магнитный элемент 25, закрепляемый на корпусе высокого давления 1 реактора напротив магнитного элемента 24. Несколько радиальных опор 23 расположены по окружности корзины 3 активной зоны. Магнитные элементы 24 и 25, расположенные напротив друг друга, намагничены таким образом, чтобы они притягивались друг к другу или отталкивались друг от друга.

Между магнитными элементами 24 и 25 образуются каналы 26 для прохождения теплоносителя первого контура. Как показано на Фиг.4, с целью снижения гидродинамического сопротивления потока теплоносителя на нижнем и верхнем вертикальных участках магнитных элементов 24 и 25 могут быть выполнены скосы 27.

В варианте осуществления с данной конфигурацией корзина 3 активной зоны устанавливается в требуемом положении в радиальном направлении с сил электромагнитного взаимодействия, притягивающих элементы друг к другу (или отталкивающих друг от друга) бесконтактным способом. Позиционирование бесконтактным способом позволяет увеличивать зазор каналов 26 для прохождения теплоносителя и обеспечивать одинаковые поперечные сечения данных каналов по окружности, за счет чего предупреждается вероятность локального уменьшения расхода теплоносителя первого контура.

Несмотря на то, что в данном варианте осуществления используются четыре радиальные опоры 23, количество радиальных опор можно произвольно изменять. Например, в модификации, показанной на Фиг.5, большое количество радиальных опор 23 распределено по всей окружности корзины 3 активной зоны.

Другие варианты осуществления изобретения

Несмотря на то, что выше были представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения, они являются иллюстративными и не ограничивают объем настоящего изобретения. Данные обладающие новизной варианты осуществления могут быть реализованы и в различных других формах, с исключением различных элементов, в различных комбинациях, с различными заменами и изменениями, без выхода за рамки объема изобретения. Варианты осуществления и модификации настоящего изобретения охватываются объемом или сущностью настоящего изобретения и определяются прилагаемыми пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.

Например, отличительные признаки соответствующих вариантов осуществления могут быть объединены в одном реакторе с охлаждением водой под давлением.

Номера позиций

1: Корпус высокого давления реактора

2: Тепловыделяющая сборка

3: Корзина активной зоны

4: Входной патрубок

5: Выходной патрубок

6: Опускная камера

7: Нижний пленум

8: Нижняя опорная плита активной зоны

9: Радиальная шпонка

21: Радиальная шпонка с каналом для прохождения теплоносителя

22: Канал для прохождения теплоносителя

23: Радиальная опора

24, 25: Магнитный элемент

26: Канал для прохождения теплоносителя

27: Скос

40: Элемент со шпоночной канавкой

41: Шпоночная канавка

Изобретение относится к внутренним устройствам реактора с охлаждением водой под давлением. Реактор содержит цилиндрический корпус высокого давления (1) с присоединенными к нему входными патрубками; тепловыделяющие сборки, установленные внутри корпуса высокого давления (1); цилиндрическую корзину активной зоны (3), окружающую тепловыделяющие сборки и образующую кольцевую опускную камеру (6) между корзиной активной зоны (3) и внутренней поверхностью корпуса высокого давления (1); и радиальные опоры. Радиальные опоры представляют собой опоры, установленные под опускной камерой (6) на расстоянии друг от друга по окружности, в каждой из которых имеется сформированный внутри нее вертикальный канал для прохождения теплоносителя, с помощью которых осуществляется позиционирование корзины активной зоны (3) и корпуса высокого давления (1). Каждая радиальная опора, например, может иметь радиальную шпонку (21) с каналом для прохождения теплоносителя и элемент (40) со шпоночной канавкой. Технический результат - равномерность распределения потока теплоносителя по окружности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Реактор с охлаждением водой под давлением, содержащий
цилиндрический корпус высокого давления с вертикально ориентированной осью, на боковой поверхности которого расположены несколько входных патрубков,
множество тепловыделяющих сборок, установленных в корпусе высокого давления,
цилиндрическую корзину активной зоны с вертикально расположенной продольной осью, охватывающую множество тепловыделяющих сборок, при этом между цилиндрической корзиной активной зоны и внутренней боковой поверхностью корпуса высокого давления находится кольцевая опускная камера, и
несколько радиальных опор, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности в опускной камере, под входными патрубками для позиционирования корзины активной зоны и корпуса высокого давления,
каждая радиальная опора включает в себя
элемент с вертикально ориентированной шпоночной канавкой, закрепленный к внутренней боковой поверхности корпуса высокого давления или к внешней поверхности корзины активной зоны,
шпонку, имеющую вертикально ориентированный канал для прохождения теплоносителя и закрепленную к внутренней боковой поверхности корпуса высокого давления или к внешней поверхности корзины активной зоны, к которой не закреплен элемент с вертикально ориентированной шпоночной канавкой,
при этом шпонка входит в элемент с вертикально ориентированной шпоночной канавкой, контактируя со шпоночной канавкой.

2. Реактор с охлаждением водой под давлением по п. 1, отличающийся тем, что
элементы с вертикально ориентированной шпоночной канавкой закреплены к внутренней поверхности корпуса высокого давления, а шпонки выступают из корзины активной зоны и входят, по меньшей мере, частично, в шпоночные канавки.

3. Реактор с охлаждением водой под давлением по п. 1, отличающийся тем, что
элементы с вертикально ориентированной шпоночной канавкой закреплены к внешней поверхности корзины активной зоны, а шпонки выступают от внутренней боковой поверхности корпуса высокого давления и входят, по меньшей мере, частично в шпоночные канавки.

4. Реактор с охлаждением водой под давлением содержащий
цилиндрический корпус высокого давления с вертикально ориентированной осью, на боковой поверхности которого расположены несколько входных патрубков,
множество тепловыделяющих сборок, установленных в корпусе высокого давления,
цилиндрическую корзину активной зоны с вертикально расположенной продольной осью, охватывающую множество тепловыделяющих сборок, при этом между цилиндрической корзиной активной зоны и внутренней боковой поверхностью корпуса высокого давления находится кольцевая опускная камера, и
несколько радиальных опор, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности в опускной камере под входными патрубками так, чтобы корзина активной зоны и корпус высокого давления были расположены с образованием в каждой радиальной опоре канала для прохождения теплоносителя, при этом
каждая радиальная опора содержит первый магнитный элемент, присоединенный к внутренней поверхности корпуса высокого давления, и второй магнитный элемент, присоединенный к внешней поверхности корзины активной зоны, так, что второй магнитный элемент расположен напротив первого магнитного элемента.

5. Реактор с охлаждением водой под давлением по п. 4, отличающийся тем, что радиальные опоры установлены по всей окружности корзины активной зоны.