close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10258

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10258
(13) C1
(19)
G 21C 1/00
КИПЯЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С ЕСТЕСТВЕННОЙ
ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
(21) Номер заявки: a 20060259
(22) 2006.03.24
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Сорокин Владимир Николаевич; Сорокин Владимир Владимирович; Немцева Инна Георгиевна;
Якушев Анатолий Павлович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт энергетических и ядерных
исследований - Сосны" Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(56) RU 2020617 C1, 1994.
RU 2025798 C1, 1994.
RU 1593477 C, 1994.
GB 1354712, 1974.
BY 10258 C1 2008.02.28
(57)
Кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, включающий
активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками,
отличающийся тем, что в тяговом участке соосно с ним установлено коническое расширяющееся кверху тело вращения с углом расширения относительно оси в пределах от 4 до
6° и c высотой в пределах от 0,15 до 0,25 высоты тягового участка.
Фиг. 1
BY 10258 C1 2008.02.28
Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано при
создании кипящих ядерных реакторов с естественной циркуляцией теплоносителя.
Известен кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя,
включающий активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками [1]. Устойчивость распределения расхода через тепловыделяющие сборки
(ТВС) активной зоны и нейтронного потока в ней достигается за счет установки в тяговом
участке над каждой ТВС индивидуального сепаратора пара.
Недостатками устройства являются техническая сложность и, соответственно, высокая стоимость изготовления, низкая надежность, поскольку надежность обратно пропорциональна числу узлов изделия в квадрате, повышенная загрузка топлива из-за
поглощения нейтронов материалом сепараторов пара.
Известен кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя,
включающий активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками [2]. Повышение устойчивости распределения расхода через ТВС активной
зоны и нейтронного потока в ней достигаются за счет снижения дальнобойности струй
пароводяной смеси, выходящих из ТВС в тяговый участок путем установки на выходе из
каждой ТВС устройства снижения турбулентных пульсаций.
Недостатками устройства являются техническая сложность, низкая эффективность изза небольшого снижения дальнобойности струй.
Известен кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, включающий активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками [3]. Повышение устойчивости распределения расхода через ТВС активной зоны и
нейтронного потока в ней достигаются за счет увеличения проходного сечения ТВС в направлении к выходу пароводяной смеси. Повышение проходного сечения обеспечивает
снижение скорости пароводяной смеси и, соответственно, снижение дальнобойности струй.
Недостатками устройства являются повышенная загрузка топлива из-за снижения объема замедлителя, низкая эффективность из-за относительно небольшого снижения дальнобойности струй.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является кипящий
корпусной водо-водяной реактор, включающий активную зону и замкнутый на нее контур
циркуляции с тяговым и опускным участками [4]. Повышение устойчивости распределения расхода через ТВС активной зоны и нейтронного потока в ней достигаются за счет
снижения дальнобойности струй пароводяной смеси, выходящих из ТВС в тяговый участок путем установки завихрителей потока в ТВС активной зоны.
Недостатками устройства являются техническая сложность, низкая эффективность завихрителей и, соответственно, высокая вероятность возникновения неустойчивости работы реактора.
Задачей изобретения является создание кипящего ядерного реактора с естественной
циркуляцией теплоносителя, позволяющего повысить безопасность реакторной установки
и увеличить ее удельную энергонапряженность путем повышения устойчивости распределения расхода через ТВС активной зоны и нейтронного потока в активной зоне за счет
уменьшения радиальной неравномерности распределения средней плотности потока пароводяной смеси в тяговом участке.
Поставленная задача решается тем, что в кипящем ядерном реакторе с естественной
циркуляцией теплоносителя, включающем активную зону и замкнутый на нее контур
циркуляции с тяговым и опускным участками, в тяговом участке соосно с ним установлено коническое расширяющееся кверху тело вращения с углом расширения относительно
оси в пределах от 4 до 6° и с высотой в пределах от 0,15 до 0,25 высоты тягового участка.
Это обеспечивает снижение радиальной неравномерности распределения средней плотности потока пароводяной смеси в тяговом участке и, соответственно, повышает устойчивость работы реактора.
2
BY 10258 C1 2008.02.28
Радиальная неравномерность потока пароводяной смеси порождается двумя причинами.
Во-первых, в центральных ТВС реактора мощность выше, чем на периферии, поэтому образуется больше пара при примерно равномерной раздаче воды по сборкам. Поскольку объем
пара существенно больше объема испарившейся воды, то скорость пароводяной смеси в
струях в центре тягового участка выше, чем на периферии, и выше дальнобойность струй. В
соответствии с теоремой Бернули статическое давление в центре ниже, чем на периферии,
поэтому возникает радиальное течение к центру. Экспериментальные наблюдения показывают, что смещение паровых пузырей к центру происходит быстрее, чем воды.
Увеличение объема пара в центральной части тягового участка и снижение его на периферии приводит, соответственно, к снижению веса столба пароводяной смеси в центре
и росту на периферии.
Во-вторых, при струйном истечении пароводяной смеси из ТВС крайние струи не могут равномерно расширяться из-за наличия цилиндрической стенки, ограничивающей тяговый участок. Поэтому стенка "отклоняет" оси струй к центру, что также является
причиной увеличения объема пара в центральной части тягового участка.
Изменение веса столбов пароводяной смеси в тяговом участке по радиусу приводит к
изменению суммарного сопротивления "тепловыделяющая сборка - столб пароводяной
смеси над ней".
Соответственно возрастает подача воды в центральные ТВС и снижается подача воды
в периферийные. Это приводит к росту коэффициента реактивности. Количество выделенного тепла возрастает, растет количество пара сверх расчетного, объем воды падает,
реактивность снижается. Из-за тепловой инерции тепловыделяющих стержней, порядка
5 секунд, нарушается пропорциональность роста или падения реактивности с ростом или
падением расхода воды в ТВС. Реактор может войти в пульсирующий режим работы.
Снижение радиальной неравномерности распределения средней плотности потока пароводяной смеси достигается установкой в тяговом участке соосно с ним конического
расширяющегося кверху тела вращения. Коническое тело вращения обеспечивает выравнивание радиальной неравномерности за счет смещения направления движения струй пароводяной смеси от центра к периферии, а также снижение скорости и дальнобойности
струй пароводяной смеси из-за трения о стенку конического тела вращения.
На фиг. 1 изображен предлагаемый кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя, на фиг. 2 представлена схема экспериментальной модели тягового
участка кипящего ядерного реактора с естественной циркуляцией теплоносителя.
Кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя включает корпус 1, тяговый участок 2, опускной участок 3, обечайку 4, активную зону реактора 5 и
замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым 2 и опускным 3 участками, теплообменники первого контура 6, коническое расширяющееся кверху тело вращения 7.
Экспериментальная модель включает тяговый участок 2, опускной участок 3, коническое расширяющееся кверху тело вращения 7 и соосно установленное в тяговом участке 2,
корпус 8, обечайку 9, пароподводящие патрубки 10, парораспределительный коллектор
11, патрубок ввода воды 12, канал отвода пара 13, отверстия 14 в корпусе 8 и верхней
крышке корпуса 8 для ввода датчиков измерения скорости потока и паросодержания,
штанги 15 для крепления этих датчиков.
Выбор оптимальных параметров конического тела вращения 7 проводился на экспериментальной модели тягового участка диаметром 1,6 м и высотой 2,0 м. Особенностью
тяговых участков кипящих ядерных реакторов является соизмеримость их высоты с диаметром.
Исследование структуры потока пароводяной смеси в тяговом участке большого диаметра проводилось на экспериментальной модели, приведенной на фиг. 2.
Экспериментальная модель работает следующим образом. Пар и горячая вода производятся на промышленной котельной, расположенной на территории ОИЭЯИ - Сосны
3
BY 10258 C1 2008.02.28
НАН Беларуси. Пар первоначально подается в парораспределительный коллектор 11. Вода первоначально поступает непосредственно в "рабочую" зону установки через патрубок
12. На верхней стенке парораспределительного коллектора 11 выполнены отверстия для
подачи пара в обечайку 9. Количество отверстий - 127. В каждом из отверстий на верхней
стенке коллектора закреплялся патрубок 10.
Размеры патрубка составляли: длина - 100 мм; средний внутренний диаметр - 80 мм.
Установка патрубков с переменными внутренними диаметрами позволяла поддерживать заданный расход пара на входе в тяговый участок 2 через одно отверстие или группу
отверстий. В частности обеспечивался постоянный, равномерный расход пара через все
отверстия.
Обечайка 9 снабжена отверстиями для подвода воды из опускного участка 3. Высота
перфорированной части обечайки 9 составляла 100 мм, т.е. равнялась длине патрубков 10.
Пар, выходя из коллектора 11 через патрубки 10, барботирует через движущийся слой
воды и удаляется из установки через канал 13. Скорость истечения пара из патрубков 10 и
скорость истечения воды в опускном участке 3 замерялись трубками Пито-Прандтля, которые крепились на жестких штангах 15.
Паросодержание в тяговом участке 2 измерялось с помощью датчиков, работающих на
основе кондуктометрического метода измерения локальной плотности двухфазных потоков. Перспективность кондуктометрического метода, основанного на различии электрофизических свойств отдельных фаз, предопределяется его малой инерционностью,
относительно простой измерительной схемой и достаточно высоткой информативностью.
Для измерения локальных значений паросодержания в Московском энергетическом
институте был разработан кондуктометрический зонд, представляющий собой нержавеющий капилляр с проложенными внутри него двумя изолированными электродами. Рабочим объемом датчика является электрическое поле, сосредоточенное между оголенными
концами электродов. Инженерным решением подобного зонда является термопарный кабель КТМС, конец которого очищается от керамического наполнителя на глубину до
5 мм, а освобожденный объем заливается стеклоэмалью специально разработанного для
этих целей состава, обнаружившей хорошую коррозионную стойкость к кипящей воде при
давлениях до 10 МПа.
На представленной на фиг. 2 модели тягового участка проводились замеры радиальной неравномерности поля скоростей пароводяной смеси в отсутствии и при наличии конического расширяющегося кверху тела вращения 7. Последовательные изменения углов
и высот конического тела вращения 7 позволили определить оптимальные диапазоны их
значений: угол расширения конического тела вращения относительно оси должен быть
выполнен в пределах от 4 до 6°, а высота должна быть выполнена в пределах от 0,15 до
0,25 высоты тягового участка. Вне указанных параметров неравномерность потока пароводяной смеси по радиусу существенно выше.
Данное изобретение обеспечивает выравнивание радиальной неравномерности за счет
смещения направления движения струй пароводяной смеси от центра к периферии, а также снижения скорости и дальнобойности струй парожидкостной смеси из-за трения о
стенку конического тела вращения, что приводит к повышению надежности и эффективности работы реактора.
Источники информации:
1. Патент ЕПВ 390373, МПК G 21С 15/16, 1991.
2. Патент США 5247552, МПК G 21С 3/322, 1992.
3. Патент США 5329571, МПК G 21С 3/322, 1993.
4. Патент RU 2020617, МПК G 21С 1/08 (прототип).
4
BY 10258 C1 2008.02.28
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
108 Кб
Теги
by10258, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа