Ядерная турбогенераторная установка Советский патент 1993 года по МПК G21D5/02 

ротора 9 турбогенератора соосно с ним расположен трубный конденсатор 35. В прямоточной активной зоне 55 вырабатывается паровая смесь с содержанием пара 70%,

которая превращается в сухой насыщенный пар в теплообменнике подсушки пара 61, смонтированном в блоке биологической защиты 60. 1 ил.

Сущность изобретения: в едином корпусе ядерной турбогенераторной установки объединены без трубопроводов активная зона,турбогенератор, насос, конденсатор и блок биологической защиты, Ротор 9 турбогенератора, объединенный общим валом с рабочим колесом насоса 23, размещен вокруг активной зоны 55 соосно с ней, Вокруг п 31 Исходны// уровень воды 00 СО XI Ю OJ

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к транспортным ядерным энергетическим установкам (далее сокращенно ЯЭУ).

Целью изобретения является упрощение конструкции ЯЭУ, повышение ее надежности, уменьшение габаритов и снижение веса,

Вся ЯТГУ размещена в корпусе 1. На фундаменте 2, имеющем каналы для прохода охлаждающей воды 3, размещен магни- топровод 4, заключающий в себе статор турбогенератора 5, обмотки возбуждения турбогенератора б, магнитоизоляционнуга вставку 7, все изолированные в магнитопро- воде 4 мембраной 8. Ротор турбогенератора 9 с магнитоизоляционными вставками 10, рабочими турбинными лопатками 11, корот- козамкнутой пусковой обмоткой типа беличья клетка, расположенной на внешней стороне ротора турбогенератора 9 напротив Статора турбогенератора 5 (на чертеже не показана), прикреплен к валу 12, имеющему канал для прохода воды 13 и опирающемуся на пусковую шаровую опору 14. Вал 12 также опирается на гидростатические подшипники 15 и несет не себе шнек 16, разгрузочный диск 17 с отверстиями расхолаживания 18, в котором размещен пор шень 19, подпружиненный пружиной 20. Вал 20, имеющий отверстия расхолаживания 21, отверстия разгрузки 22, также несет на себе рабочее колесо насоса 23, механический фильтр 24, расположенный над приемными отверстиями 25. Под разгрузочным диском 17 расположена приемная коробка 26 с отверстиями 27, опирающаяся на напорную коробку 28, к которой изнутри прикреплен направляющий аппарат насоса 29. К корпусу 1 прикреплена плита 30, несущая:

-направляющие турбинные лопатки 31,

-регулятор давления пара 32 с приводом 33, имеющий отверстие малого диаметра 34 и отверстие большого диаметра 35,

-конденсатор пара 36, состоящий из прямых вертикальный трубок, расположенных по окружности, концентрическим с ротором турбогенератора 9 и разбитых на секции по тракту охлаждающей конденсатор среды,

-эжектор 37,

- печь дожигания водорода 38,

-корзину 39 с магнитоизоляционной вставкой 40.

К корзине 39 присоединены: - клапан 41 с золотником 42, отверстиями 43, 44, 45, 46, 47, золотником 48, растягивающейся пружиной 49 и приводом 50,

-регулятор частоты вращения ротора турбогенератора 51 с приводом 52,

- цилиндрический экран 53 с отверстиями 54.

В цилиндрическом экране 53 при помощи плит 55,56,57 размещена активная зона, состоящая из рабочих каналов кольцевого

типа 58, а также размещена компенсирующая решетка 59, состоящая из двух половин с приводами 60. 61. Над плитой 57 размещен блок биологической защиты 62, в котором смонтирован теплообменник подсушки

пара 63. Сверху корпус 1 закрыт крышкой 64. Электрогенератор двухполюсный с бесщеточным возбуждением, магнитоизоляци- онные вставки силуминовые. ЯТГУ работает следующим образом.

Во внутрь корпуса 1 залита вода высокой чистоты до нижнего коллектора конденсатора 36. Внутри корпуса 1 создан требуемый вакуум. В клапане 41 отверстия

43,44 закрыты золотником 42, отверстия 46, 47 закрыты золотником 48, отверстия 45 открыты. Мощность активной зоны мала. 2. Пуск ЯТГУ. В клапане 41 открываются полностью

отверстия 43, В регуляторе давления пара 32 открывается полностью отверстие малого диаметра 34. К статору турбогенератора 5 подводится переменное напряжение от внешнего источника электроэнергии, которое создает вращающееся магнитное поле над ротором турбогенератора 9, который раскручивается до номинальной частоты вращения посредством пусковой обмотки. Под поршень 19 разгрузочного диска 17 через отверстия разгрузки 22 вала 1-2 подается вода. Поршень 19 перемещается вверх до упора, сжимая пружину 20 и разобщая отверстия расхолаживания 18 разгрузочного диска 17 и отверстия расхолаживания 21

вала 12. После этого разгрузочный диск 17 воспринимает неуравновешенное осевое усилие, направленное вниз, изменением зазора относительно верхней поверхности

приемной коробки 26. Из кольцевого зазора между магнитопроводом 4 и ротором турбогенератора 9 вода удаляется шнеком 16, а из кольцевого зазора между ротором турбогенератора 9 и корзиной 39 вода удаляется шнеком 16 и сверлениями в роторе турбогенератора 9. Далее ротор турбогенератора 9 вращается не в воде. Проток воды через сверления ротора турбогенератора 9 охлаждает его при работе ЯТГУ. Выдерживая установленную скорость разогрева ЯТГУ, постепенно увеличивается мощность активной зоны. После достижения заданной величины давления пара, регулятор давления пара 32 переводится в режим автоматической работы, поддерживая давление пара постоянным. При температуре пара не ниже температуры насыщения при заданном давлении пара и при работе эжектора 37, рас- положенного в самой низкой точке парового объема, т.е, при наличии перепада давления на печи дожигания водорода 38, регулятор частоты вращения ротора турбогенератора 51 переводится в режим автоматической работы. Отключается внешний источник электроэнергии, после чего автоматически открывается регулятор частоты вращения ротора турбогенератора 51. Подается питание в обмотки возбуждения турбогенератора 6. Далее к турбогенератору подключается требуемая электрическая нагрузка с внешним источником электроэнергии, который далее работает в горячем резерве.

Вода через отверстия 27 приемной коробки 26 поступает в рабочее колесо насоса 23 и далее - в направляющий аппарат насо- са 29, где ее давление увеличивается до рабочего. Далее вода проходит в напорную коробку 28, из которой через приемные отверстия 25 и механический фильтр 24 попадает в канал 13 вода 12. Также из напорной коробки 28 вода подается на охлаждение магнитопровода 4 и статора турбогенератора 5 через канал 3 фундамента 2. Из канала 13, после фильтра 24, вода подается:

-к гидростатическим подшипникам 15,

-в разгрузочный диск 17 через отверстия разгрузки 22 вала 12,

-к клапану 41.

Через отверстия 43 клапана 41 вода проходит в кольцевой зазор между корзиной 39 и цилиндрическим экраном 53, Из него через отверстия 54 цилиндрического экрана 53 вода поступает без кипения в межканальное пространство активной зоны, из которого попадает в рабочие каналы 58. Нагревшись до температуры насыщения

при заданном давлении пара .снаружи ядерного горючего рабочих каналов 58, вода из них попадает Врпромежугочный коллектор, образованный цилиндрическим экра- 5 ном 53 и плитой 55. Из промежуточного коллектора вода вновь поступает в рабочие каналы 58, где превращается в пароводяную смесь с паросодержанием 70% внутри ядерного горючего. Далее пароводяная

10 смесь походит в теплообменник подсушки пара 63, в котором она превращается в сухой насыщенный пар. Пар, давление которого поддерживается постоянным регу- лятортэм давления пара 32, через регулятор

5 частоты вращения ротора турбогенератора 51 подается на рабочие турбинные лопатки 11, приводя во вращение ротор турбогенератора 9. Пройдя рабочие турбинные лопатки 11, направляющие турбинные лопатки

0 31, пар попадает в конденсатор пара 36, в котором конденсируется. Образующийся конденсат поступает к отверстиям 27 приемной коробки 26. Расход воды в активную зону регулируется клапаном 41. При работе

5 ЯТГУ на мощности в промежуточном коллекторе под плитой 55 температура воды поддерживается на 1-2 градуса ниже температуры насыщения при заданном давлении пара. Компенсирующая решетка 59

0 компенсирует избыточный запас реактивности активной зоны, а также увеличивает ее мощность при снижении температуры воды под плитой 55 и снижает мощность при снижении температуры воды под плитой 55

5 и снижает мощность активной зоны при увеличении температуры воды под плитой 55. Продукты радиолиза воды, отдаленные от пара в конденсаторе пара 36, эффектором 37 прокачиваются через печь дожигания во0 дорода 38, где они превращаются в воду.

От турбогенератора отключается элект5 рическая нагрузка, кроме внешнего источника электроэнергии. Прекращается ядерная реакция в активной зоне. Снимается питание с обмоток возбуждения турбогенератора 6, закрывается регулятор частоты

0 вращения ротора турбогенератора 51. Внешний источник электроэнергии создает над ротором турбогенератор 9 вращающееся магнитное поле, которое далее вращает его посредством пусковой обмотки. Регуля5 тор давления пара 32 снимается с режима автоматической работы, в нем отверстие малого диаметра 34 остается полностью открытым для прохода пароводяной смеси. Движение воды и пара а ЯТГУ осуществляется как и в случае ее работы на мощности.

Пар конденсируется в конденсаторе пара 36. ЯТГУ расхолаживается,

-закрывается регулятор частоты вращения ротора турбогенератора 51,

-в регуляторе давления пара 32 откры- вается отверстие большого диаметра 35, благодаря чему сравнивается давление пара под плитой 30, над плитой 30 и над плитой 57, так как после снятия значительных остаточных тепловыделений активной зоны сопротивление пару теплообменника подсушки пара 63 будет невелико.

-в клапане 41 золотники 42 и 48 перемещаются вверх, открывая в нем отверстия 44, 46, 47. Отверстия 43, 45 остаются откры- тыми. В разгрузочном диске 17 пружина 20 перемещает вниз поршень 19, при этом соединяются отверстия расхолаживания 18 и 21. Вследствие испарения воды, ее уровень над активной зоной начнет понижаться, а уровень воды под конденсатором пара 36 будет увеличиваться. При некоторой разности уровней воды над активной зоной и под конденсатором пара 36, вода будет проходить через отверстия расхолаживания 18 и 21 в канал 13 вала 12, и через отверстия 44 клапана 41 вода будет поступать в рабочие каналы 58 активной зоны, а через отверстия

45 клапана 41 - в межканапьное простран-

ство активной зоны. В рабочих каналах активной зоны 58 и,ч межканальном пространстве активной зоны вода превращается в пар. В теплообменник подсушки пара 63 пар поступает из рабочих каналов 58 и из межканального пространства активной зоны - через отверстия 46, 47 клапана 41. Из теплообменника подсушки пара 63 пар сбрасывается через отверстие большого диаметра 35 регулятора давления пара 32 в конденсатор пара 36, где он конденсируется. ЯТГУ расхолаживается. Использование ЯТГУ предлагаемой конструкции расширяет область применения ЯЭУ, упрощает их конструкцию, повышает надежность, снижает вес и габариты,

. .Фор мул а ИЗ обретения Ядерная турбогенераторная установка, содержащая активную зону, турбогенератор, насос, конденсатор и блок биологической защиты, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции установки, повышения ее надежности, уменьшения габаритов и снижения веса, активная зона выполнена прямоточной и объединена без трубопроводов в едином корпусе с турбогенератором, насосом, конденсатором и блоком биологической защиты, ротор турбогенератора размещен вокруг активной, зоны сооснр с ней и внутри соосно с ним расположенного трубного конденсатора, причем наоос использован как питательный и охлаждения активной зоны, без протечек перекачиваемой воды за пределы корпуса установки, и навешен на вал ротора турбогенератора, а в блоке биологической защиты смонтирован теплообменник подсушки пара. . .