Исследовательский ядерный реактор бассейнового типа Советский патент 1990 года по МПК G21C15/18 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции исследовательских ядерных реакторов бассейнового типа.

Целью изобретения является повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличение времени на устранение ава.рии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежности расхолаживания реактора.

На чертеже приведена конструктивная схема исследовательского ядерного реактора бассейнового типа.

Бассейновый исследовательский ядерный реактор представляет собой конструкцию, включающую бассейн 1, заполненный

теплоносителем до уровня 2, разделенный перегородкой 3 на надзонное 4 и подзонное 5 пространства.

Активная зона 6 реактора прикреплена к перегородке 3, расположена в подзонном пространстве 5 и имеет один или несколько горизонтальных экспериментальных каналов (ГЭК) 7 для вывода пучка нейтронов за пределы реактора. В. бассейне 1 реактора под уровнем 2 теплоносителя расположен бак 8 аварийного охлаждения, который соединен с подзонным пространством 5 трубопроводом 9 и ограничителем 10 расхода, а с атмосферой - дыхательной трубкой 11.

Штатная система принудительной циркуляции теплоносителя состоит из всасывающего трубопровода 12, насоса 13 и напорного трубопровода 14 и предназначена для охлаждения активной зоны 6 путем

О

о

CJ 4 1

ю

перочачиг анин теплоносителя из подзомио- го пространглва Б в надзонцое npocipatiCT- во 4.

бассейновый чдерный реактор работает следующим образом, : В штагном режиме работы реактора Теплоноситель из надзониого пространстеа 4 проходит через активную зг. му 6 реактора, охлаждая тепловыделяющие элементы, через подзонное пространство 5 и трубопро- ;вод 12 насосом 13 подается по напорному трубопроводу 14 через теплообменник и об- ратный клапан в надзонное пространство 4. При этом ограничитель 10 расхода открыт и рбеспечивает частичное опорожнение бака |8 аварийного охлаждения за счет разности давлений в баке 8 и подзонном пространст- ;ве 5, создаваемой течением теплоносителя. I В аварийной ситуации, связанной с прекращением работы насоса 13, теплоно- |ситель поступает в бак 8 аварийного охлаждения по трубопроводу 9, обеспечивая принудительное охлаждение активной зоны 6. При этом расход теплоносителя через ограничитель 10 прекращается (либо мал по сравнению с расходом через трубопровод 9). .

В аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией ГЭК 7. теплоноситель из подзонного пространства 5 насосом 13 по трубопроводам 12 и 14 перекачивается в надзонное пространство 4, снижая давление в нем и уменьшая таким образом вели- мину утечки через разрыв. При этом сохраняется принудительное охлаждение активной зоны 6, что исключает возможность ее перегрева на первом этапе аварии. Число оборотов насоса 13 регулируется в зависимости от положения уровня 2 для исключения Возможности кавитации.

В аварийньй ситуации, связанной с прекращением работы насоса 13 и разгерметизацией ГЭК 7, теплоноситель из над- зонного пространства 4 через активную зону 6 поступает в подзонное пространство 5. из которого подается в бак 8 аварийного охлаждения по трубопроводу 9 ив разрыв ГЭК, обеспечивая принудительное охлаждение активной зоны 6. Уменьшение утечек в разрыв ГЭК 7 достигается за счет использо- вания гидравлического сопротивления активной зоны 6 в образовавшемся тракте утечки теплоносителя.

Действительно, при всех прочих равных условиях в случае пол -ого разрыва ГЭК-по сечению движущий напор Др в тракте утечек для предлагаемой конструкции

Ap-/9gh -f-(5-a-|4-a)4

ft

(1)

/t i 2 (/ D а для прототипа

Л () /.) g h - р - --- (i;-, - + в, . (2)

где р плотность теплоносителя ();

fi)a - скорость теплоносителя в активной зоне реактора предлагаемой конструкции (м/с);

(1)к - скорость теплоносителя в ГЭК предлагаемой конструкции (м/с);

а - коэффициент гидравлического трения в активной зоне;

Оя - коэффициент местных гидравлических потерь в активной зоне;

I - длина канала активной зоны (м);

d - гидравлический диаметр канала активной зоны (м);

к - коэффициент гидравлического трения в ГЭК; ,,

OK - коэффициент местных гидравлических потерь в ГЭК;

L - длина ГЭК (м);

D - гидравлический диаметр ГЭК (м);

V - скорость теплоносителя в ГЭК для прототипа (м/с);

g - ускорение свободного падения (м/с );

h - высота столба теплоносителя над разрывом (м). .

Учитывая, что G/Si, где G - расход теплоносителя в тракте утечки (м.); Si - проходное сечение i-ro участка тракта утечек (м ); са - скорость теплоносителя в i-м участке тракта утечек (м/с), и обозначая |а I /d + Оа (ра , §к L/D + в (р, получим выражение для расхода .еплоносителя в тракте разрыва для предлагаемой конструкции

0

.G.

2 g h si S

для прототипа

paS +(/ SI

c2

z ghS

(3)

(4)

где SK - проходное сечение ГЭК (м);

Sa - проходное сечение активной зоны (м ).

.Вычитая (3) из (4) и приводя получаемое выражение к G2, получим

П

1-G2 У-

(5)

ра SK -I- У к si

Учитывая, что время.опорожнения Т (с) при истечении в атмосферу определяется выражен ием Т - 2 V/G. где V - объем бассейна (M);G - расход т еплоносителя в тракre утечек при его начальном уровне (), получим

TI / siX -1/2

Т2 () Скоростной напор теплоносителя при выходе из ГЭК для предлагаемой конструкции

р2 G 1

р2 G2

2gS

2gS

(

ybSi SK + si

для прототипа

(7)

Н2р2G2

2gSi

(8)

Приняв, например, 5 ; 1,5; Sa 0,03: V 60; h 10; SK 0,053 (диаметр ГЭК 0,23 м), получим из вы ражен ий(5)-(8)б1/С2 0,64; Т1/Т2 1,5; H2/Hi 2,44; Т2 194 с.

Таким образом, при указанных параметрах время опорожнения бассейна предлагаемого реактора по сравнению с прототипом увеличивается в 1,5 раза, т,е. увеличивается время на устранение утечек теплоносителя из бассейна реактора, причем скоростной напор вытекающего теплоносителя в 2,44 раза меньше, что существенно облегчает и ускоряет ликвидацию последствий аварии.

В случае, когда насосы работают, обеспечивая определенное постоянное в процессе опорожнения бассейна через разрыв давление теплоносителя, соответствующее напору ha. в подзонном пространстве, до достижения минимально допустимого из соображений радиационной безопасности уровня теплоносителя в бассейне реактора h2 время полного опорожнения бассейна TI для предлагаемой конструкции Определяется как

т , 2 5бас ( h - h2 ) 2 Збас + h2

5к/11ЕГSK /. Q h2 .

где Sfiac

pa (м).

I 97к

живое сечение бассейна реакто

При hp 1 м.вод.от,, h2 2 м, h 10 м, 5бэс 6 м- T I 580 с.

Изобретение позволяет повысить ядерную и радиационную безопасность и надеж- 5 ность работы реактора при аварии с разгерметизацией горизонтального экспериментального канала за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания активной зоны реак 10 тора вследствие уменьшения давления теплоносителя в подзонном пространстве путем создания дополнительного гидравлического сопротивления утечке теплоносителя через разрыв в оболочке, а также

15 улучшает условия охлаждения активной зоны, поскольку утекающий-теплоноситель предварительно участвует в охлаждении ТВЭЛов активной зоны.

Кроме того, изобретение позволяет

20 улучшить условия охлаждения ТВЭЛов активной зоны за счет осуществления перекачки теплоносителя по штатной системе циркуляции, увеличить объем подзонного пространства - естественной задерживаю25 щей емкости - за счет установки разделительной перегородки на уровне или выше верхнего среза активной зоны, а также дополнительно защитить ГЭК от падающих в бассейн предметов.

0

Формула изобретения Исследовательский ядерный реактор бассейнового типа, содержащий активную зону с гори онтальными эксперименталь5 ными каналами, надзонное и подзонное пространства, образованные разделительной перегородкой, отличаю щи йс я тем, что, с целью повышения надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора

0 и увеличения времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания

5 реактора, разделительная перегородка установлена не ниже верхней отметки горизонтального экспериментального канала.

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерных реакторов бассейнового типа. Целью изобретения является повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличение времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания реактора. Горизонтальный экспериментальный канал расположен в подзонном пространстве бассейнового реактора с опускным движением воды через активную зону за счет изменения положения промежуточной перегородки, разделяющей бассейн на подзонное и надзонное устройства. При этом горизонтальный экспериментальный канал расположен под разделительной перегородкой. 1 ил.

Место разрыва