Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя Советский патент 1993 года по МПК G21C1/00 G21C15/24 

Изобретение относится к ядерной энергетике, конкретно к конструкциям ядерных энергетических установок с водо-водяными ядерными реакторами и, в частности, к ядерным реакторам с естественной циркуляцией теплоносителя.

Цель изобретения - повышение надежности и безопасности эксплуатации реактора путем уменьшения перепада температур ТН в подъемном и опускном участках за счет обеспечения циркуляции ТН в режиме разогрева и снижения колебаний температурных напряжений конструкций реактора и положительного скачка его реактивности при замыкании контура циркуляции, а также путем обеспечения циркуляции ТН при аварийном снижении его уровня ниже верхнего торца обечайки образующей подъемный участок тракта циркуляции ТН.

На фит 1 представлен вариант конструкции моноблочного водоводяного ядерного реактора с естественной циркуляцией ТН с установленной в корпусе одной дополнительной магистралью; на фиг. 2 представлен вариант с четырьмя дополнительными магистралями с независимыми выводами; на фиг 3 представлен вариант с 4-мя дополнительными магистралями объединенными попарно в группы.

Моноблочный водо-водянои ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя содержит (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) корпус 1 с установленными в нем центральным подъемным участком 2 опускным периферийным участком 3, отделенными друг от друга разделительной обечайкой 4, активной зоной 5 и теплообменниками первого контура 6. Кроме того, в корпусе 1 установлены одна (см. фиг. 1)или несколько (см. фиг.

СО

С

joo

го.

,OJ О О Ю

2 фш 3) дополнительных магистралей 7 подгординенных через клапаны 8 и 9 к про странетчу под крышкой реактора 10 и системе заполнения и опорожнения магистрали теплоносителя соответственно В холодном состоянии уровень ТЫ занимает положение 11 По окончании разогрева реактора уровень ТН устанавливается в положении 12 Стрелками указано направление движения теплоносителя

разогрев водо-водяного ядерного реактора производят при снижении давления в дополнительной магистрали 7 относительно давления в корпусе 1 реактора путем предварительного отсоединения дополнительной магистрали 7 от парового пространства под крышкой реактора 10, для чего клапан 8 закрывают Далее ма истраль 7 через клапан Ч подсоединяют к системе опорожнения теплоносителя с меньшим, чем в реакторе давлением В результате ТН из объема pc3v тора заполнит объем магистра ли 7 ЗИТРСНЯЯ из нее воздух после чего клапан закрывают Гракт теплоносителя замыкается Далее непосредственно разогрев рупора производят путем постепенного извлеис HIS стержней управления из A3 В процессе разог рева температура ТН в подъемном участке 2 возрастает и, вследствие чамкнутости циркуляционного тракта через дополнительную магистраль 7 начи- НЗРТСЯ циркуляционное движение ТН из подъем - ога участка 2 в опускной участок 3 где более нагретый ТН поднимается вверх к свободной поверхности и частично поступает на вход в активную зону 5 В результате циркуляция ТН в первом контуре начинается одновременно с его нагревом, кроме того происходит вытеснение более холодного ТН из опускного участок 3 более горячим ТН, что приводит к равномерному прогреву всего ТН во всем контуре Все это позвоп°ет повысить надежность и безопасность эксплуатации реактора увеличить скорость его разогрева. В процессе разогрева реактора объем ТН увеличивается и при достижении определенной температуры происходит замыкание основного тракта циркуляции Теплоноситель начинает поступать в опускной участок 3 через верхний край обечайки 4 После этого производят подсоединение дополнительной магистрали 7 через клапан 8 к пространству под крышкой реактора 10 В результате этого в дополнительной магистрали 7 устанавливается свободный уровень ТН одинаковый с уровнем в корпусе 1 и циркуляция ТН через магистраль 7 прекращается. Второй целью, достигаемой предлагаемым водо-водяным ядерным реактором с БЦ теплоносителя, является повышение надежности и безопасности в случае аварийного снижения уровня ГН ниже верхнего торца обечайки 4, образующей подъемный участок, путем обеспечения его

циркуляции Эта цель достигается следующим образом В описанном случае аварийного снижения уровня ТН циркуляция ТН по основному тракту прекращается Поэтому при аварийном режиме для поддержания

циркуляции ТН и эффективного охлаждения A3 производят замыкание тракта ТН с по мощью дополнительной магистрали 7 путем заполнения ее теплоносителем Заполнение магистрали 7 теплоносителем происхо

дит за счет отсечения ее от пространства

под крышкой реактора 10 путем закрытия клапан 8 и подсоединения ее через клапан 9 к системе опорожнения первою контура либо к любой другой системе с более низ0 ким чем в реакторе давлением После заполнения магистрали 7 теплоносителем клапан 9 закрывают В результате вышеописанных действий циркуляция ТН в первом контуре реактора будет осуществляться до

5 гех пор пока уровень ТН не понизится ниже нижней кромки дополнительной магистрали / Это процесс позволит некоторое время эффективно охлаждать A3 с помощью штатных средств например например, теплооб0 менников первого контура 6 Кроме того, эта цель может быть достигнута также в случае применения магистралей 7 с дополнительными невозвратными запорными клапанами для реакторов с принудительной

5 циркуляцией ТН Практически, как упоминалось выше в конструкции реактора может быть установлено более одной дополнительной магистрали 7 (см фиг 2, фиг 3) Это позволит более равномерно осуществлять

0 разогрев ТН в реакторе Для обеспечения высокой надежности работы магистралей 7, последние должны иметь независимые выводы и подсоединения к системе заполнения и опорожнения ТН (см. фиг 2). Но для

5 ограничения количества отверстий в крышке или корпусе реактора необходимых для подключения магистралей, можно объединять последние в группы с общими выводами. Объединение магистралей в группы

0 осуществляется путем подсоединения их верхних частей к единой выводной трубе (см. фиг. 3). Конструктивно наиболее просто устанавливать магистрали 7 в моноблочных водо-водяных реакторах с кассетными теп5 лообменниками первого контура. Это не повлечет за собой изменения конструкции теплообменников. Применение данной конструкции водо-водяного реактора с естественной циркуляцией ТН позволит быстрее разогреть реактор, избежать деформаций

конструкции уменьшить скачок реактивности в момента замыкания основного тракта циркуляции и соответственно упростить си- сгому упропления мощностью реактора При аварийном режиме данная конструкция реактора позволят увеличить время охлаждения A3 штатными средствами те повысить надежность и безопасность реактора увеличив время для принятия аварийных мер

Формула изобретения

Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, содержащий активную зону, размещенную в обечайке внутри которой образован подьемныи участок

0

тракт,- теплоносителя а в просгр жстье между обечайкой и корпусом or укнои участок тракта теплоносите/.я причем уровень теплоносителя onoAt on реактора расположен ниже верхнею 1ирца обечайки отличающийся тем что с цел; ю повышения безопасности эксплу0гэ ции реактора подъемный и опускной участки дополнительно соединены магистралью вход и выход которой размещены под уровнем теплоносителя холодного реактора в подъемном и опускном участках соответственно а магистраль в своей верхней отметке расположенной выше эксплуатационного уровня теплоносителя, присоединена к системе заполнения и опорожнекия магистрали

Сущность изобретения ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоноси- теля содержит активную зону, размещенную в обечайке, внутри которой образован подъемный участок контура циркуляции теплоносителя, в пространстве между обечайкой и корпусом реактора образован опускной участок, Причем подъемный и опускной участки дополнительно соединены магистралью, вход и выход которой размещены под уровнем теплоносителя холодного реактора в подъемном и опускном участках соответственно, а магистраль в своей верхней отметке, расположенной выше эксплуатационного уровня теплоносителя, присоединена к системе заполнения и опорожнения магистрали. 3 ил.

к гиг,оме rfopa пгоге ак I к.

9 х/

$х$- к системе сбора протечек i к,

7

Л

ФИГ. 2

к системе

гбог а про течек I к

А17