Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя
Изобретение относится к атомной энергетике и может быть ийпользовано в атомных электрои тепловых станциях с водо-водяными реакторами . Целью изобретения является повышение энергонапряженности реактора за счет уменьшения гидравлического сопротивления тракта теплоносителя и упрошение конструкции. Ядерный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя содержит корпус 1, центральный подъемный 2 и периферийный опускной 3 каналы, разделительную обечайку 4, активную зону 5, ряд теплообменников 6, заключенных в многослойный кожух 7 с верхними 8 и нижними 9 окнами для теплоносителя , сообщенными с опускным каналом 3. Кожух 7 выполнен из нескольких слоев, расположенных с промежутками 10. Полость между слоями выполнена герметичной и соединена своим верхним торцом I1 с теплоносителем подъемного канала 2, который через окно 8 поступает в теплообменник 6, а нижний ее торец 12 герметичен относительно опускного канала 3 в области входного окна 9. Между корпусом 7 и разделительной обечай- - кой 4 расположен зазор 13, протечка через который отсутствует. ствс слоев многослойного кожуха 7 и их толщина выбраны из приведенного соотношения. 2 ил. с (О (Л
(51) ) С 2I С 15/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ," 4 р
=-.=ЯФ ", /" " > СОШ1АЛИСТИЧЕСНИХ
+ .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (46) 23.0! .93. Вю;1. t- 3 (21) 4104178/25 (22) 30.07 ° 86 (72) Д, А. Берент и А. H. Bacuu (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 952017, кл. G 21 С 15/00, 980.
Авторское свидетельствд СССР
У 849906, кл. Г 21 С I/32, 1980, (54) ЯДЕР161Й РЕАКТОР С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ (57) Изобретение относится к атом» ной энергетике и может быть использовано в атомных электро- и тепло" вых станциях с водо-водяными реакторами. Целью изобретения является повьпление энергонапряженности реактора sa счет уменьшения гидравлического сопротивления тракта теплоносителя и упрошение конструкции. Ядер" ный реактор с естественной циркуляцией теплоносителя содержит корпус
1, центральный подъемный 2 и пери„SU» 1382268 Al ферийнь1й опускной 3 каналы, разделительную обечайку 4, активную зону 5, ряд теплообменников 6, эаключенных в многослойный кожух 7 с верхними 8 и нижними 9 окнами для теплоносителя, сообщенными с опуcKHb!M каналом 3. Кожух 7 выполнен иэ несколь" ких слоев, расположенных с промежутками 10. Полость между слоями выполнена герметичной и соединена своим верхним торцом II с теплоносителем подъемного канала 2, который через окно 8 поступает в теплообменник 6, а нижний ее торец 12 герметичен относительно опускно;о канала
3 в области входного окна 9. Между корпусом 7 и разделительной обечайкой 4 расположен зазор 13, протечка через который отсутствует. Количеств слоев многослойного кожуха 7 и их толщина выбраны из приведенного соотношения. 2 ил.
I и .. бр i !и< 1it )OH < Я Я гом),о(! i < > () 1 (! 1< 1 Р 11 . -(<).+ (>E>t" ь !1(11<) Jt !> эона
<), «;1 i >»,(!<Ь<Х -)Л(КТ(EO — И < 11JIOHhl)( (i it!i)!1< х (Во!1() г)<1дfE!tht»ttf ()()ак 1 opñ÷
l(< J<ь)<) 1! <об (>с 1 <> !!tiff )!II.;Ift o t C Я Пон1>1 ш< ние знергонапряженност!! реактора
t1с)г<с (>! (i iOЕ C<»>Е!!И(Е
)1 <> ()1«,!Й P 1!7 (i !»t(> н>!й подъем!гый и !Яе(зи(()е(>,",й«»1) it, (к(!ой t< itff)JI) t 2 t< 3 < « ", ii ">(;i<> (J ),l "а ()a !«л!!тель!(ой обечайкой ! 1 1(.+.ь;(ми 9 окнами для тепло-!!в it г<.JIB соо(ще!Кньь и с о)!ус«ным ка11<)лом 3. 25 (мжух 7 выполнен из нескольких слоев, расположенных с промежутками ! . ((оI с.)7оим в>с охним торцом (1 с TCIIJ!oft .си-,еле 1 попъемногo канала 2, который через окно 8 поступает в теплоо(менник 6, а нижний его торец !2 герме30 ) 1f >И РО1ИЕ !(ИЕ КОНГ"1 Р УК1(И 11, !а <1)иг . схема ги !вски изображен р нкэар, <)бщий вид; Etа фиг, 2 — то ла 2 в опускной ка!!ап 3 помимо тепл< обменников через зазор l3. 31!пол(<ение кожуха 7 из двух или более слоев, расположе«ных с промежутками, герметичными относительно ofEvcI(H0ID канала 3, позволяет снизить теплоотдачу от зазора в теплообменник да требуемой величины, при которой протечка через зазор полностью прекращается при любых мощностях реактора, на которые он расс !итан.Сообщени полости между слоями с подъемным каналом позволяет установить температуру в ней выше, чем в теплообменнике и ниже, чем н подъемном канале, (!ри этом температ< ра в зазоре приближается к температуре в подъемном канале из-за термического сопротивления слоев кожуха и водяной полости между ними с температурой, близкой к температуре подъемного канала. Формула для вычисления потребного ;o.>1!!честна слоев кожуха и их толщины, при которых обеспечивается отсутствие протечки, в зависимости от характеристик реактора получена из совместного решения следующих уравнений: уравнения теплопер .дачи из подъемного канала в опускной через зазор; уравнения гидродинамического рав1!овесия столба теплоносителя в зазоре. i Et Тсплоноситель, нагреваясь в активной зоне 5, под действием разносплот)!ости в подъемном 2 и опускном 3 каналах псступает чер 3 окна Я к !еп).ообменнику 6, где охлаждается и через окно 9, по кацапу 3 возвращается на вход в BI <(аешь т<.пла от канала 2 чере ) раэделительн.ю обечайку 4, зазор 13, кожух 7 с промежутками 10 1-еp;.(<ает)я к теплообменнику 6. 3 результате того, что кожух 7 выполнен t It!of oclloéffhfì, температура теплово<.ителя в зазоре 13 достигает величины, при которой происходит гид,)o ittt7HIf÷åñêoå уравновешивание столба теплоносителя в зазоре и теплообменнике, а следовательно, отсутствует пр(точка из подъемного кана35 г< зазоре: 40 Р" ( где „gh — pgli — (>>p < ) ) сред!шй вес cтолба теплоносителя r 45 средняя плотность тепло1 носителя; высота указанной пол!)сти, равная высоте зазора; средний вес столба теп50 лоносителя в зазоре, средняя плотность теплоносителя в зазоре; ускорение свободного падения; гидравлическое сопротивление теплообменника по 55 контуру греющего теплоносителя; Уравнение гидродинамнческого равновесия столба теп.)о1(оси !.еля! 3822с8 g р - гиправ.>ич> скан -ог1ро гив" 3 ление напра, к >>орое при отсутствии протечки равно нулю ° Иэ соотношения (1) получаем среднюю плотностb теплоносителя в вязo« Ь () >1 9,8 h (2) Вычислив среднюю плотность теплоно" сителя н зазоре по таблицам, опреде" ляют среднюю температуру теплоносителя в зазоре при отсутствии протечки по заданным характеристикам peax" тора. Достижение этой темгературы . может быть произведено путем соответствующего уменьшения теплоотвода в теплообменник Через кожух и/или увеличения теплоотвода через разделительную обечайку. 0 - — — — — — — (t I ) 1 + R +-сг- т М ) - теплах Уравнение теплопередачи (н статике) иэ подъемного канала н опускной через зазор с учетом теплопотерь через корпус реактора: ку кожуха; гС> и М (3) + Q, 30 F где Q — — (t -t) — теп2 ) + 6 + ) о »> р < с 4 JIoBQ>I мощность, переданамая через разделительную обечайку и зазор; Р— площадь поверхности раз-> делительной обечайки на уровне кожуха; 6 и )12 — соотнетственно толщина и 40 коэффициент теплопроно Гс + + + + „ S, ) ) 1 я ol, м 0L 1 промемуток + - +...+ > с и слоев (п-1) промежуток 3 реп с 2(n-1) + сс где о и Ф вЂ” соответственно толщина с с и коэффициент теплопроводности материала слоя / и — количество слоев; М вЂ” коэффициент теплопере55 дачи от теплоносителя к слоям лопуха в промежутке, приближенно ранный среднему коэффицире при отсутствии протечки: H(1> ТИ 1III I )I II I I;1 Р;1»IIO.йкн; н сг — сРедние ко--1>)»)>иц>1 II TII Tt II-лоот 4лчи от ГР11»оц,ì>. и ог1ечв>1к "-. с внутренней и наружной стор< ны соответстненно, вычисляемые по известным формулам; температура теплоносите.пя на выходе из активной зонн р средняя температура теплоносителя н заз>ре, вычи>— ляемая по значегн1ю плотности иэ формулы (?) вая мощность, передаваемая через многослойную оболоч- ° F, — площадь наружной понерхнос" ти кожухов теплообменников; средние коэффициенты теплопередачи от теплоносителя к кожуху с внутренней и наружной сторон соответственно, нычисляемые по известным формулам; средняя температура тепло> носителя по высоте теплообменника и полости под ним на уровне кожуха; термическое сопро.гинление многослойного кожурка, н общем виде вычисляемое по формулам еиту теплоотдачи g от теплоносителя к слою в среднем (по количеству) промежутке, подставляя значение R получаем: F ()-» 1 (о « К 1 (82? 6Р >0 Ф +(1 «)! 13 1,1 с P+ п Гс ф 1 l и(. 11= -- + ! (> . > <1 > «> (3) nF, Лс 2 (71-1 М. с :) с и "h ) 7 (1 (I>È i 1 1 C= -- + c(.4 cL 3> (»4 тет}:!<)13 тя мащнаГть, передаваема» через корпус реактора ат зазора, приб>л}(х<.1!на в}!чи0 nfl PÈß31: После преобразований и падс7 а!Т013КИ fi f>afIVITC Tf>O (1) ПОЛУ fa(!33. Отс}>)}та ПапупаСМ ЗаВИСИМОС )ч !атрЕбного ко:!ичеГ гва слоев и и тапг!}н!ы этих cJ10(:-,, llpit которой пра, ".,одит г)3}(ра„ !ипамическае эапират> 1: т(илонас} ICJT3T в зазоре и TfpeKpatlteftl!е его прате (ки помимо теплао()мсн}13!!<а: 2(п-1) 1 (it-<>r i z8z (аким образом, выполнение 31е()}!(!)>)в рий}!ага кожуха из двух или более слоев с промежутками, количесfJ30 тапщ}!на которых удовлетворяют услоf33ttrJ (11 > ИСКЛЮЧаЕт ПОЛНОСТЬЮ Пратспку помимо теплаобменников и необхадимость в механическом уплотнении зазора, Эта позволяет направить ве(h расход, циркулирующий через <и(тив Tvf<) 301!/ .через теплоабменную па!>ерхность теплообмеп}(и}сов, уме!11>!1!т1, тем самым потребную поверхность теплаоб- >1г1 менников и увеличить их энергонапряженность. Исключая местное гидравлическое сапрот3!вленпе в опу<.кпом канале реактора, абуславле}}нас:}е)<.ан31ческим уг}латнение13, увеличивают рас- <1 ход теплоносителя через активную зо. ну и повышают ее энергонапряхе}!ность .при прежних гемпературных параметрах теплоносителя. Кроме того, управ}жется конструкция реактора благодаря отсуTcтви}о механически сапрнгае.!ых деталей уплотнения, 1 ребующих т)ысакой точности обработки и необходимости организации сложных ходов для теплоносителя. Причем монтаж и демонтаж теплаабм>.!(пикав обеспечиваются без 55 затруднений ввиду свободного (без ynJl0тнения каж)(хав) их размещения и опускнам Tclftë)få.! l! > > У Л : И "l а f 1 . Т Ядерный реактор с Г i .. .. }3! }1; ) циркуля!в!ей теплоносителя,: 1 )р:=;тЩ}IЙ КаРПУC С Il(НТРатт> Tii ii! 1;rt,i ;:>> 1, .< П (р ифе р и 3!и ы11 011 V (! K l 1}-I) 1 .; ) 1:; r i, д< ле» 1!ыми друг ol др;т 3 рп->,;;: 71,-11<)И 0() C×àÈÊ(7И > 1! К И!311 > lr> 7 0 1У ) !Д вертикалтн!ых трубч>чт! lx тет, io(>t>! К(пниKOB 1;!КЛЮЧЕ!!НЫХ Г3 Tt< f>IT TcIIJIot3oc3Iтеля с ÎОбгtr!11! !3 тмп r !i tv (тxlittff t каналам, средс I âî дл);.1 . OI,ttf >it!.}! Протечки тепловаc:t7PJIII помимо теплааб-МЕ1(Н}1КГ)В> 0 т Л 3! Ч <1 }Г) т>1 11 и С и тем, чта, с целик> ттГ>!71-и>!Ст}пя зп<:() г<7наПРЯжеиттаСт: И УПРаЩЕ}!ИЯ КаПСТРУКП !Н реактора за Г:и)т уменьшения г11 (р;73)лическагс сапр<>ти}тления тракта тепла оситепя, 3;ожух теплообменник-.т чitToJI ен па крайиеи мере из двух cj}oei;, pBCTIQJIO,. (.fill>!Iх (- IIpOftP>TCVTICOM друг а > пас!!Тельно друга, причем полость мехдУ сJIOfll!11 пыпа.:1!е!7» геPaf iirT (T .()дТ) (мlв 11! > а KO tli IP Г в О ГПГ Г в 11 17.. 1 <3 "ll fflrl 331!бп".и> из са<)тнаиения СО(J } I1CòCтпCI<ПГ) Та)Г ".1! i;I и 34001», )пп !е" т 3 Гг}.п пт)r) годно .—,.! 1;:.тГ р!3:т,}а с,т}Г)«f-3 ках-,х,i (7:;! . }т/.< t, ); 11OtpC!)t!(>; l,-r) !i > ">- Тт>,; слоев CPC, (Tit. i j:O > >ГГ>1; 7 Гll— JlO0Ò,!1ti. <П от;;, »; r.:; ; вЂ”â€”.. Т<- J!)l:; 1 < >)XV жутк е, 1 > t J i! (.,); nfIOfrt7Jtb l(аР" <11(:i! Пат)ЕРХ— НОСтп Ка)3 Хат> i!r Г ; Т!Ii710(>б?1(l nl i i l!r r) 73 пла>}}Г}171: 1:< пе;):, }: (l! l раздеттпт(7311 l! !il Г ()(.ч(1111 1! на уран!!е кo.:y.(;1,:l ); Г с) o t в r - т Г: т 3 Г 1 f 11 а т o Ti >13 1! 1 Ка 1
P (1 3 7!(J!7 3 Т7: айсредние коэффип}}е}(т}-1 теплаатдачи ат тсппоПОС}!ТСЛЯ К P t73jt(..111ТСЛЬ най аб . >!71!1 е с в!<у -ренпей 37 нару; }!»й <"3 а}>< пы (Бт/..l (: 7; 1М ния ГГ1«Р, t, Г Ьр— о(,, М вЂ” грpëIIèp коэф1 >IIIIèc1 ты теплоо дачи о1 т1 11Jло5 носителя к ко "I полости кожуха ((. ); температура те11лоногиТЕЛ Я Н 4 ВЫХОДЕ ИЭ с1г, о тивной эоны, Cl; средняя температура теплоносителя H по« 1с1 и м1" д1ч кожухом 11 р;l÷JIp,IITt ль11о11 обечаЙкой. о11редг яя г ма я цо е го плотности и соотно111г— средняя плотность теплоносителя, соответстгук1щая (кг, и ); гидравлическое сопротивление теплообменника, (Па); выс< та кожуха теплообменника, (м). Составитель В,Ихимчук Текр-"ä C Il,идык Корректор А. Тяско Редактор Т.1 л>кипа Заказ 1ИЯ9 Тир ая Подписное ВНШП1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1i3035, Иосква, Е-З5, Раутпская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Улгород, ул. Проектная, 4
