close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10508

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10508
(13) C1
(19)
G 21C 1/00
КИПЯЩИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С ЕСТЕСТВЕННОЙ
ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
(21) Номер заявки: a 20060330
(22) 2006.04.12
(43) 2007.12.30
(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 10508 C1 2008.04.30
(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 полое коническое
расширяющееся кверху тело вращения c высотой в пределах от 0,4 до 0,6 высоты тягового
участка и с углом расширения в пределах от 5 до 6 °, в стенках которого на расстоянии от
0,05 до 0,15 его высоты от его вершины выполнены сквозные отверстия для формирования струй воды.
Фиг. 1
BY 10508 C1 2008.04.30
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]. В тяговом участке такого реактора над каждой тепловыделяющей
сборкой (ТВС) установлен индивидуальный сепаратор пара.
Недостатками устройства являются техническая сложность и соответственно высокая
стоимость изготовления, низкая надежность, поскольку надежность сложной системы падает пропорционально квадрату числа узлов, входящих в ее состав, максимальная загрузка
топлива из-за поглощения нейтронов материалом сепараторов пара и малым относительным объемом воды, являющейся замедлителем нейтронов, в тяговом участке над активной
зоной.
Известен кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя,
включающий активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками [2]. Снижение загрузки топлива в данном реакторе достигается за счет отказа от сепараторов пара и образования свободного для пароводяной смеси объема
тягового участка.
Недостатками устройства являются низкая устойчивость работы реактора, повышенная загрузка топлива из-за малой плотности пароводяной смеси в тяговом участке.
Известен кипящий ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя,
включающий активную зону и замкнутый на нее контур циркуляции с тяговым и опускным участками [3]. Снижение загрузки топлива в данном реакторе достигается за счет установки в активной зоне трубы, обеспечивающей прямой проход части воды в тяговый
участок. Увеличение массы воды в тяговом участке, являющейся замедлителем нейтронов, обеспечивает снижение загрузки топлива в реакторе.
Недостатками устройства являются увеличение неравномерности распределения нейтронов в активной зоне, так как труба с водой является ловушкой для нейтронов, увеличение неравномерности распределения плотности пароводяной смеси в тяговом участке изза отклонения струй пароводяной смеси водой, растекающейся горизонтально из трубы.
Оба недостатка повышают вероятность возникновения неустойчивости работы реактора.
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 плотности пароводяной
смеси в тяговом участке данного реактора достигается без изменения конструкции активной зоны реактора путем ввода дополнительного объема воды в тяговый участок из опускного участка.
Недостатками устройства являются неустойчивость работы реактора, существенное
увеличение длины тягового участка для компенсации противодавления воды, вводимой в
тяговый участок из опускного.
Задачей изобретения является разработка кипящего ядерного реактора с естественной
циркуляцией теплоносителя, обеспечивающего повышение устойчивости реакторной установки, снижение удельного расхода топлива на единицу вырабатываемой энергии за
счет сохранения длины тягового участка.
Технический результат достигается исключением ввода в тяговый участок дополнительного объема воды из опускного участка.
Сущность изобретения заключается в том, 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 полое коническое расширяющееся кверху тело вращения с высотой в пределах от 0,4 до 0,6 высоты тягового участка и с углом расширения в пределах от 5 до 6°, в
2
BY 10508 C1 2008.04.30
стенках которого на расстоянии от 0,05 до 0,15 его высоты от его вершины выполнены
сквозные отверстия для формирования струй воды.
Возможность возникновения неустойчивости работы кипящего ядерного реактора с
естественной циркуляцией теплоносителя является основанием, ограничивающим использование таких реакторов. А основной причиной возникновения неустойчивости является
повышенное паросодержание в центральной части тягового участка, вызванное, в частности, более высоким энерговыделением в центральных ТВС активной зоны, и пониженное
содержание пара в ТВС вблизи боковой стенки. Подача дополнительного объема воды в
тяговый участок из опускного участка через боковую стенку способствует увеличению
неравномерности распределения средней плотности потока пароводяной смеси по радиусу
тягового участка и повышает вероятность возникновения неустойчивости работы реакторной установки.
Кроме того, введение дополнительного объема воды в тяговый участок требует увеличения высоты тягового участка, т.е изменения конструктивных параметров всей реакторной установки.
Размещение в тяговом участке соосно с ним полого конического расширяющегося
кверху тела вращения, в стенках которого выполнены сквозные отверстия для формирования струй воды, устраняет эти недостатки. Вода над полым телом вращения отделяется
от пароводяной смеси и начинает заполнять полое тело вращения, т.к. его высота меньше
высоты тягового участка. При наличии отверстий в стенках тела вращения, выполненных
на расстоянии от 0,05 до 0,15 его высоты от его вершины, из-за большей плотности воды
относительно плотности потока пароводяной смеси вода начинает вытекать через сквозные отверстия в виде струй поперек подъемного движения пароводяной смеси.
В нижней части тягового участка возникает внутренний циркуляционный контур воды, который увеличивает плотность потока пароводяной смеси над активной зоной из-за
увеличения пути этой части воды, но не изменяет в стационарном режиме расхода воды в
основном контуре реактора, включающем тяговый и опускной участки.
Подбор проходных сечений отверстий в стенках полого тела вращения возволяет варьировать плотность потока пароводяной смеси по радусу тягового участка, обеспечивая
практическую равномерность распределения плотности по радиусу тягового участка, т.е.
решая задачу повышения замедления нейтронов над активной зоной, в качестве неожиданного эффекта обеспечивается повышение устойчивости работы реактора.
На фиг. 1 представлен 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, полое коническое расширяющееся кверху тело вращения 7.
Экспериментальная модель включает тяговый участок 2, опускной участок 3, полое
коническое расширяющееся кверху тело вращения 7, 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.
В тяговом участке 2 соосно с ним установлено (см. фиг. 1 и фиг. 2) полое коническое
тело вращения 7, в стенках которого выполнены сквозные отверстия для формирования
струй воды.
Выбор оптимальных параметров полого 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.
3
BY 10508 C1 2008.04.30
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 НАН
Беларуси. Пар подается в парораспределительный коллектор 11. Вода первоначально поступает непосредственно в "рабочую" зону установки через патрубок 12. На верхней стенке парораспределительного коллектора 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 позволяли 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 патрубок 10, барботирует через движущийся слой
воды и удаляется из установки через патрубок 13. Скорость истечения пара из патрубков
10 и скорости 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 высокой 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 дальнобойности струй воды, истекающих из отверстий полого конического расширяющегося
кверху тела вращения 7, в зависимости от его высоты. При высотах тела вращения в пределах от 0,4 до 0,6 высоты тягового участка обеспечивается требуемая дальнобойность
водяных струй. Нижняя граница значений высоты тела вращения обеспечивает дальнобойность струй большего диаметра, верхняя же граница обеспечивает заданную дальнобойность струй малого диаметра. Диапазон углов расширения конического тела вращения
определяет расход воды, необходимый для обеспечения дальнобойности струй. Диапазон
незначительный, поскольку угол в 6° является предельным для обеспечения равномерности распределения средней плотности потока пароводяной смеси по радиусу в тяговом
участке, угол в 5° обеспечивает расход воды для струй минимального размера. Диапазон
сквозных отверстий для формирования струй воды в стенках тела вращения, выполненных на расстоянии от 0,05 до 0,15 его высоты от его вершины, также обеспечивает достижение необходимой дальнобойности струй. Нижнее значение диапазона 0,05 обеспечивает
требуемую дальнобойность струй максимального диаметра, а верхнее значение 0,15 обеспечивает дальнобойность струй минимального диаметра.
4
BY 10508 C1 2008.04.30
Данное изобретение позволяет обеспечить снижение критической массы топлива в активной зоне реактора при сохранении уровня его устойчивой работы и размеров замкнутого контура, что по сравнению с прототипом обеспечивает повышение устойчивости
реакторной установки и снижение удельного расхода топлива на единицу вырабатываемой энергии за счет сохранения длины тягового участка.
Источники информации:
1. Патент ЕПВ 390373, МПК G 21C 15/16, 1991.
2. Патент США 4912733, МПК G 21С 1/08, 1990.
3. Патент США 5251216, МПК G 21С 3/322, 1992.
4. Патент РФ 2020617, МПК G 21C 1/08, 1994 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
95 Кб
Теги
by10508, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа