Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя Советский патент 1993 года по МПК G21C15/00 

со

00 N3 tvP

CD ОО

,1П(. 1 посп п:ч aioMiioii и .K i Оы-;ь псппльчона- 4i ii niDMFiwx электро- и геплоных c lainunTx с поло-водяными jxjaKTOpa мм .

lie. u.io ino6j)(j-i еиип нпляспся гизиы- iiK.utue знергоиапряжепности реактора оа с.че г у.ме1 ыпепия гндравлич ского гопр(.1ти);лииня I paK i а трплоиосителя и /прошение комструкггии.

Па . 1 схематически изображен рсйктор, oOnini i вид; на фиг, 2 - то /re, nont in MHoe сечение.

, piiiiiv i реактор содержит корпус i .. ut iii рац-омый подъемный i перифе- ,; | . пусккоп каналы 2 и 3 соот- 1(Г1 (i iS jiiHi., отдц.нрниус; друг от дру га ра:-|Д Л11телы1ой обечайко) А, ак- тивиу;

чаилх :-РПЛообмениикоп 6, яклмчен- ных н многослойный кожух 7 с верхними Я л liHi-rjiifNni 9 окнами для тепло™ носителя, сообщенными с oiiyci HbiM каналом 3.

ла 2 в опускной канал 3 помимо теп- j;oo6MeHHHKOB через зазор 13,

Выполнение кожуха 7 из дгзух или более слоев, расположенных с промежутками, герметичными относительно опускного канала 3, гтозволяет снизить теплоотдачу от зазора в теплообменник до требуемой величины,

Q при которой протечка через зазор полностью прекращается при любых мошностях реактора, на которые он рассчитан. Сообщени полости между слоями с подъемным каналом позволя15 ет установить температуру я ней вы ше, чем в теплообменнике и ниже, чем в подъемном канале. При этом температура в зазоре приближается

к температуре в подъемном канале зону 5, ряд вертикальных труб- 20 из-за термического сопротивления

слоев кожуха и водяной полости между ними с температурой, близкой к температуре подъемного канала.

Формула для вычисления потребно- 25 го количества слоев кожуха и их

толщины, при которых обеспечивается отсутствие протечки, в зависимости от характеристик реактора получена из совместного решения следующих уравн ений: уравнения теплопередачи из подъемного канала в опускной через зазор; уравнения гидродинамического равновесия столба теплоносителя в зазоре.

30

40

Колчух 7 выполнен из нескольких слоен, расположенных с промежутками 10, Полость между слоями сообщена споим BopxiuiM торцом 1 с тепло К)СН телем пoдьe нoгo канала 2, который через окно 8 поступает в теплообмен ник 6, а нижний его торец 12 герметичен О гносительно опускного канала 3 н области входного окна 9. Меж- 35 ;iy кожухом 7 и разделительной обечай- 4 расположен зязор 13, протечка С Ш- З котс рь й отсутствует.

Р ак гор рабо т вет следующим образом.

Теплоноситель, нагреваясь в а к- типной зоне 5, под действиег разнос- .; плотности в нодъемном 2 и опускном 3 каналах поступает окна 8 к теп;юобменнику 6, где охлажда- 45 ется и через окно 9, по каналу 3 воз- вра:цается на вход в активную зону 5. Часть тепла от канала 2 чере.з разделительную обечайку 4, зазор 13, кожух 7 с промежутками 10 передает- 50 ся к теплообг-1еннику 6.

Ц результате того, что кожух 7 вьтолнен мнс гослойным, температура теплоносителя в зазоре 13 достигает неличинь;, при которой происходит. 55 гидродинамическое уравновешивание | столба теплоносителя в зазоре и теплообменнике, а следовательно, отсутствует проточка из подъемного канаУравнение гидродинамического равновесия столба теплоносителя в зазоре.:

РХ gh - p pgh - /,р, (1)

где p,gh средний вес столба теплоносителя г теплооОмен- нике и TipuCTpaiiCTiiO под ним, ограниченного кожу хом;

Р)( - средняя плотность теплоносителя;

h - высота указанной полрсти,

равная высоте зазора; pgh - средний вес столба теп лоносителя в зазоре;

р - средняя плотность теплоносителя в зазоре;

g - ускорение свободного падения;

UP - гидравлическое сонротив- ление теплообменника по контуру греющего тепло- НОСИ1еля;

Я22682

ла 2 в опускной канал 3 помимо теп- j;oo6MeHHHKOB через зазор 13,

Выполнение кожуха 7 из дгзух или более слоев, расположенных с промежутками, герметичными относительно опускного канала 3, гтозволяет снизить теплоотдачу от зазора в теплообменник до требуемой величины,

Q при которой протечка через зазор полностью прекращается при любых мошностях реактора, на которые он рассчитан. Сообщени полости между слоями с подъемным каналом позволя15 ет установить температуру я ней вы ше, чем в теплообменнике и ниже, чем в подъемном канале. При этом температура в зазоре приближается

Уравнение гидродинамического равновесия столба теплоносителя в зазоре.:

РХ gh - p pgh - /,р, (1)

где p,gh средний вес столба теплоносителя г теплооОмен- нике и TipuCTpaiiCTiiO под ним, ограниченного кожу хом;

Р)( - средняя плотность теплоносителя;

h - высота указанной полрсти,

равная высоте зазора; pgh - средний вес столба теп лоносителя в зазоре;

р - средняя плотность теплоносителя в зазоре;

g - ускорение свободного падения;

UP - гидравлическое сонротив- ление теплообменника по контуру греющего тепло- НОСИ1еля;

UP - гннряв.чическое гопрогиплкние , к.торое при отсутствии протечки равно нулю,

Из соотношения (1) получаем среднюю плотность теплоносителя в пяяо- ре при отсутствии протечки:

р р,

U2 9, 8 h

Вычислив среднюю плотность теплоносителя в зазоре по таблицам, определяют среднюю температуру теплоносителя в зазоре при отсутствии протечки по заданным характеристикам реактора. Достижение этой температуры может быть произведено путем соответствующего уменьшения теплоотвода в теплообменник itepes кожух и/или увеличения теплоотвода через разделительную обечайку.

Уравнение теплопередачи (в статике) из подъемного канала в опускной через зазор с учетом теплопотерь через корпус реактора:

(3)

Q, Q

3

где QJ

(t, -t)

f. , и Л

ловая мощность, передаваемая чпрез разделительную обечайку в зазор; площадь поверхности раз-f делительной обечайки на уровне кожуха; соответственно толиу на и коэффициент теплопровой

10

15

нос ти ,тI,l р.т. лоли- тольной оГч ч.1йки;

oL и |у 4 - средние ко-э(}ч} ициоит(.| тен- лоотй ЧЧи от гегтчоиосите.мя к разделительной обечяйк с внутренней и H.IPVTICHOJ I стороны соответственно, вычисляемме по известным формулам;

t - температура теплоносителя на выходе из активной зо-

t - средняя TeMrjepaTypa тенло- носителя в зляоре, вычисляемая по значению плотности из формулы (2),

Qr

1 .

г

..

R

-T(t -t) - тепло 57

вая мощность,передаваемая через многослойную оболоч-ку кожуха;

F, - площадь наружной поверхности кожухов теплообменников;

oi, и

30

35

40

Ы. - средние коэффициенты теплопередачи от теплоносителя к кожуху с внутренней и наружной сторон соответственно, вычисляемые по известным формулам;

t - средняя температура тепло- и„

носителя по высоте теплообменника и полости под ним на уровне кожуха;

R - термическое сопротивление

многослойного , в общем виде вычисляемое по формулам

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть ийполь- зовано в атомных электро- и тепловых станциях с водо-водяными реакторами. Целью изобретения является повышение энергонапряженности реактора за счет уменьшения гидравлического сопротивления тракта теплоносителя и упрошение конструкции. Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя содержит корпус 1, центральный подъемный 2 и периферийный опускной 3 каналы, разделительную обечайку 4, активную зону 5, ряд теплообменников 6, заключенных в многослойный кожух 7 с верхними 8 и нижними 9 окнами для теплоносителя, сообщенными с опускным каналом 3. Кожух 7 выполнен из нескольких слоев, расположенных с промежутками 10. Полость между слоями выполнена герметичной и соединена своим верхним торцом I1 с теплоносителем подъемного канала 2, который через окно 8 поступает в теплообменник 6, а нижний ее торец 12 герметичен относительно опускного канала 3 в области входного окна 9. Между корпусом 7 и разделительной обечай- - кой 4 расположен зазор 13, протечка через который отсутствует. ствс слоев многослойного кожуха 7 и их толщина выбраны из приведенного соотношения. 2 ил. с (О (Л

Н. Л..... I Л.1.....1.1. - 0 - oi. i

с

п слоев

.„ |. . Ё5Г11 ,

С 06

де б и Ад соответственно толщина и коэффициент теплопроводности материала слоя

п - количество слоев;

ot - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к слоям /окуха в промежутке, приближенно равный среднему козффици1 промежуток

ч .

(п-1) промежуток

енту теплоотдачи ti от теплоносителя к слою в среднем (по количеству) промехутке, подставляя значение R, получаем:

F.

.п

«-- УТГ-ТТ

os.% fiDrll

- ТП11Л01Г1Я Moinnor.Tb, ппргдапл- емая через корпус релктора от зазора, ripHRjTii p.inio вмчи- cлпr т aя:

После преобрачопакий и подстаиоп- ки и рапоигтво (З получаем:

1 J

1

Отс .ца получаем заппслкост) чотреб- но1-о ко.чнчестпа слоев п и тол;:,

Гч,.-}Г

этих слоен i; , при которон iipoiicxo дит гидродинамическое эапирап ;-.:- теплоносителя п зазоре и прекрагш1П е его пpoтe tкн помимо тишообмеипшга:

nS c +

л с

Hi-i)l., jL(.)(|, ,,..,

, F, z/,

( ак1ц-1 образом, выполнение нерифг;- ийиого кожуха из двух или более лоев с проме кутками, количество и толщина которых удовлетворяют уело- ПИЮ (), исключает полностью протечу помимо теплообменников и необхо- imocTb в механическом уплотнении зазора. Это позволяет направить весь расход, циркулирующий через активи Ю зону, -через тенлообменную потшрх- ность теплообменников, уменычитт) тем самым потребную поверхность теплообменников и увеличить их энергокапря- жениость. icключaя местное 1 идрапли- ческое сопротивление в опускпом канале реактора, обусловленное механическим уплотнением, увеличивают расход теплоносителя через активную зо- ну и повышают ее энергонапрякенность при прежних температурных параметрах теплоносителя. Кроме того, упрогшет- ся конструкния реактора благодаря отсутствию механически сопрягаемых де- тапей уплотнения, требующих высокой точности обработки и необходимости организащ и сложных ходов для теплоносителя. Причем монтак и демонтаж теплообменников обеспечиваются без затруднений ввиду свободного (бел уплотнения кож-ухов) их .епип в опускном канале.

.0

5

-}Г

25

Ф . ) м у л ;; и - п ( р т г

Ядерный реактор с - c l :;с и ;п;() диркулянией теплоносятвлл, г:(1г-,ер:.--л- щий KOiiiTyc с цеитрл 1т.111 ;с1, II и нерифе1)ийным онуглшым : ;j ;in : -; , пДКЛеЬ НЫМИ друг от ДРУГ П ;j,-|:,ii :: ;,ной обечайкой, активную зону, ряд вертикальных трубчя тих теь.чообмсмин - ков, заключенных п 1;(;рифсрич:1-, кожухи с верхними и пихиими ,и л.пя теплоносителя, сооб1 1(,ми t; ,тусклым каналом, средство д. ( умссНьркмп я протечки теплотюсителя помимо те.нлооб- мешшков, о т л и ч а ю гч н i с si тем, что, с целью польпчемия nHcjjrotia-- пряжс П1ост; и унро1цени51 конструкн IH реактора за гчет уменьшения гмдргиэли- ческого сопротивления тракта теплоносителя, кожух теплообмен)1-и) ;я яыпол- нен по крайней мере из двух слоен, располол;синых с промежутком друг от- носнте. друга, причем полость мс к- ду елояни Л1:П1О- нена гсрметцгпюй от- ног;и гет, ьно onycicHoro канала и cooGme- на с подт смны1-), а ко-чичес по слогтэ и 1х T(. j;i uni;i иыбраин из соотноик ния

5

0

5

0

;. -. +

1

Д

;л,е

F, ,t-t

.

.,l ::ирм( +,),в,

oi. Г,- 1-,-t Д.

и Tif, соответстпеино тотгпп па

и КОЭффПДИС Т

подностт слоен ( Вт/м С,);

п - нотребпсьм Ko:ii- i cTTi{ ;i слоет (:; . -. , ;

oi - cpc;iTi ;,i i:o r JiooTjurii от теЛя 1C KiiKy: жутке i, ijT/м

F, - площадь иаг У;-01 ;м поперхНОСТИ КОЖуХОР, ГГ -, лообг-тешич глз ; : ; F - плошля.ь Konepxiicvr 111

раяде.лттцльноГ oOctMaiiKH на уровне коягуха U-i ) соо гпстствонпо тол;ц{1Иа и коэфчЪидиент тето)- проводности материаля р ;i - целитпл7.HO1I оG с ;af ;- ки;

S-, и Л,

5

:

oi,

1, 4

средние коэффитншнты теплоотдачи от тсппо- носитсля к разд.елитель- ной об1: чайке с пиу-ренНеЙ и ) CTOiJOIIhl

(Вт/м с:);

R- П- Ot, Ы,

, о 2- гредмие коэффициенты тешшотдачн от топло- ипсителя к кожуху тетг- лообмрнипка с г иутреи- ней и нарудной стороны, ( t - средняя температура

греющего тепдоноситгля по пысоте пнутренией полости кожуха ( (О ; t - температура тегшсшоги-акt теля на выходе из тивиой зоны (с); средняя температура теплоносителя п полпсч и

мркду кожухо ; г р.пдг- лит(льипй оРечл11ко{. ппргдгпяпмля по с.го п-чптности И с.оот11о:пр- пия

10

К F - 2- Г Г 9.8 h

5

гпе

Г

средняя плотность теплоносителя, соответстгующая t, (кг/ м );

Р - гидравлическое сопротивление теплообменника, (Па); - высота кожуха теплообменника, (м),

Фиг. 2

ю