Исследовательский ядерный реактор бассейнового типа

 

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерных реакторов бассейнового типа. Целью изобретения является повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличение времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания реактора. Горизонтальный экспериментальный канал расположен в подзонном пространстве бассейнового реактора с опускным движением воды через активную зону за счет изменения положения промежуточной перегородки, разделяющей бассейн на подзонное и надзонное устройства. При этом горизонтальный экспериментальный канал расположен под разделительной перегородкой. 1 ил.

г ф ф» ф союз сове ских

СОЦИАЛИСтИ-ГЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я. s G 21 С 15/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ VOhAIATET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР гж0 ;",=Ы

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 г г г

I (21) 4601509/40-25 (22) 03.11,88 (46) 30.10,90. Бюл, ¹ 40 (72) А.С,Доронин, С.А,Зверев, В.В.Иванов и

С.Е,Романов (53) 621.039.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 764533, кл. 6 21 С 1/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1503047. кл. G 21 С 15/18, 1987. (54) ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ

РЕАКТОР БАССЕЙНОВОГО ТИПА (57) Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерных реакторов бассейнового тйпа. Целью изоИзобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции исследовательских ядерных реакторов бассейнового типа. .г

Целью изобретения является повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличение времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежности расхолаживания реактора.

На чертеже приведена конструктивная схема исследовательского ядерного реактора бассейнового типа.

Бассейновый исследовательский ядерный реактор представляет собой конструкцию, включающую бассейн 1, заполненный

SU, 1603442 А1 бретения является повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличение времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания реактора. Горизонтальный экспериментальный, канал расположен в подзонном пространстве бассейнового реактора с опускным движением воды через активную зону за счет изменения положения промежуточной перегородки, разделяющей бассейн на подзонное и надзонное пространства. При этом горизонтальный экспериментальный канал расположен под разделительной перегородкой. 1 ил. теплоносителем до уровня 2, разделенный перегородкой 3 на надзонное 4 и подзонное

5 пространства.

Активная зона 6 реактора прикреплена к перегородке 3, расположена в подзонном пространстве 5 и имеет один или несколько горизонтальных экспериментальных каналов (ГЭК) 7 для вывода пучка нейтронов за пределы реактора. B. бассейне 1 реактора под уровнем 2 теплоносителя pacI. оложен бак 8 аварийного охлаждения, который соединен с подзонным пространством 5 трубопроводом 9 и ограничителем 10 расхода, а с атмосферой — дыхательной трубкой 11.

Штатная система принудительной циркуляции теплоносителя состоит из всасывающего трубопровода 12, насоса 13 и напорного трубопровода 14 и предназначена для охлаждения активной зоны 6 путем (1 » (f, (ç ÷ è н а н и я т f .! 1ë о н О (1 и т е (1 я и 3 1(2)13 (211 и .1то пространства 5 в надэонное пр(2странство 4.

Бассейновый ядерный реактор работает следующим обр.-(зом, В штатном режиме работы реактора теилоноситель из надзонного прост(2анства

4 т(рох(2дит через активную э(.:1у 6 реактора, охлаждая те(1ловыделяющие элементы, через подзонное пространство 5 и трубопровод 12 насосом 13 подается по напорному трубопооводу 14 через теплообменник и об ратный клапан в надзонное пространство 4.

При этом ограничитель 10 расхода открыт и обеспечивает частичное опорожнение бака

8аварийно,,о охлаждения за счет разности давлений в бакс 8 и подэонном пространстве 5, создаваемой течением теплоносителя, В аварийной ситуации, связанной с

1 прекращением работы насоса 13, теплоноситель поступает в бак 8 аварийного охлаждения по трубопроводу 9, обеспечивая принудительное охлаждени» активной зоны

6. При этом расход теплоносителя через ограничитель 10 прекращается (либо мал по сравнению с расходом через трубопровод 9).

В аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией ГЭК 7, теплоноситель из подзонного пространства 5 насосом 13 по трубопроводам 12 и 14 перекачивается в надэонное пространство 4, снижая давление в нем и уменьшая таким образом величину утечки через разрыв. При этом сохраняется принудительное охлаждение активной зоны 6, что исключает нозмо>кность ее перегрева на первом этапе аварии.

Число оборотов насоса 13 регулируется в зависимости от положения уровня 2 для исключения возможности кавитации, В аварийной ситуации, связанной с прекращением работы насоса 13 и разгерметизацией ГЭК 7, теплоноситель из над. зонного пространства 4 через активную зону 6 поступает в подзонное пространство

5. из которого подается в бак 8 аварийного охлаждения по трубопроводу 9 и в разрыв

ГЭК, обеспечивая принудительное охлаждение активной зоны 6. Уменьшение утечек в разрыв ГЭК 7 достигается за счет использования гидравлического сопротивления активной зоны 6 в образовавшемся тракте утечки теплоносителя.

Действительно, при всех прочих равных условиях в случае полного разрыва ГЭК -- по сечению двтлжущий напор Л р в тракте утечек для предлагаемой конструкции (24 . 1

Л P = P (j 1 = /.2 — — („а — + )а ) + ((1 г ((() " ) (1) а для прототипа

„г Р =/29 " = /2 2- (к - - + к) (2) где /2 — плотность теплоносителя (кг/M ); з.

О2а -- СКОРОСТЬ тЕПЛОНОСИтЕЛЯ В аКтИВНОй зоне реактора предлагаемой конструкции (м /с); ик — скорость теплоносителя в ГЭК и редлагаемой кон струк ции (м/с); (а — коэффициент гидравлического трения в активной зоне;

0a — коэффициент местных гидравличе.2 ских потерь в активной зоне;

i — длина канала активной зоны (м);

d — гидравлический диаметр канала активной зоны (м); коэффициент гидравлического тре

Ь ния в ГЭК;

О, — коэффициент местных гидравлических потерь в ГЭК; — длина ГЭК (м);

D — гидравлический диаметр ГЭК (м);

V — скорость теплоносителя в ГЭК для прототипа (м/с);

g — ускорение свободного падения (м/сг);

h — высота столба теплоносителя над разрывом (M), Учитывая, что (()1 =- G/S1, где G — расход теплоносителя в тракте утечки (м /с); 5(в з прохоуное сечение i-го участка тракта утечек (м ); гМ вЂ” скорость теплоносителя в i-м участке тракта утечек (м/с), и обозначая

4 I (1 +Ha (/а к1 /0 +0„=p,, получим выражение для расхода,епл 2носителя в тракте разрыва для предлагаемой конструкции (4) г

G1 = GZ 1 —.6

1 ра 8к pê 5а

Учитывая, что время опорожнения Т (c) при истечении в атмосферу определяется выражением Т -= 2 V 0, где V -- объем бас 3. сейна (м ); G — расход еплоносителя в трак2 2

2 9 (1 а Sw (3)

Ра 5к + (/2к 2а

45 для прототипа

2gh8к р где S — проходное сечение ГЭК (м );

Sa — проходное сечение активной

50 зоны (м ). .Вычитая (3) из (4) и приводя получаемое выражение к G2, получим

1603442

re утечек при pro начальном уровне (и /с), э получим 1 L>2 / у"к Sa 1/2

Т2 Gl i. S2 + S2 /

Скоростной напор теплоносителя при выходе из ГЭК для предлагаемой конструкции

2 2 2

Н1=

G1 62 / УЯ, 2gS, 2gSK rpрS +ð,S, для прототипа (8) г

Н2

2g Як

Приняв, например, уъ = 5; к = 1,5; Sa=

=0,03; V=60; h=10; S<=0,053(диаметр ГЭК

0,23 м), получим из выражений (5) — (8) G1/G2=

= 0,64; Т1/T2 = 1,5; H2/H1 = 2 44 Тг = 194 с 20

Таким образом, при указанных параметрах время опорожнения бассейна предлагаемого реактора по сравнению с прототипом увеличивается в 1,5 раза, т.е. увеличивается время на устранение утечек теплоносителя из бассейна реактора, причем скоростной напор вытекающего теплоносителя в 2,44 раза меньше, что существенно облегчает и ускоряет ликвидацию последствий аварии, 30

В случае, когда насосы работают, обеспечивая определенное постоянное в процессе опорожнения бассейна через разрыв давление теплоносителя, соответствующее напору hg, в подэонном пространстве, до достижения минимально допустимого из соображений радиационной безопасности уровня теплоносителя в бассейне реактора

h2 время полного опорожнения бассейна Т1 для предлагаемой конструкции определяет- 40 ся как

2 S6ac(h h2) 2 S6ac+h2

Т1 =

$„ ggg3 g„y g2

Р< 45 где S ac — живое сечение бассейна реактора (м ).

При М = 1 м.вод.ст„ 12 =- 2 м, h = 10 м, S6ac=6м Т1=580с.

2 1

Изобретение позволяет повысить ядерную и радиационную безопасность и надежность работы реактора при аварии с разгерметизацией горизонтального экспериментального канала эа счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания активной зоны реактора вследствие уменьшения давления теплоносителя в подзонном пространстве путем создания дополнительного гидравлического сопротивления утечке теплоносителя через разрыв в оболочке, а также улучшает условия охлаждения активной зоны, поскольку утекающий- теплоноситель предварительно участвует в охлаждении

ТВЭЛов активной эоны.

Кроме того, изобретение позволяет улучшить условия охлаждения ТВЭЛов активной зоны за счет осуществления перекачки теплоносителя по штатной системе циркуляции, увеличить объем подэонного пространства — естественной задерживающей емкости — за счет установки разделительнсй перегородки на уровне или выше верхнего среза активной зоны, а также дополнительно защитить ГЭК от падающих в бас сей н и ред мета в.

Формула изобретения

Исследовательский ядерный реактор бассейнового типа, содержащий активную зону с горизонтальными экспериментальными каналами, надзонное и подэонное пространства, образованные разделительной перегородкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, ядерной и радиационной безопасности реактора и увеличения времени на устранение аварии, вызванной разгерметизацией горизонтального экспериментального канала, за счет уменьшения утечек теплоносителя и обеспечения надежного расхолаживания реактора, разделительная перегородка установлена не ниже верхней отметки горизонтального экспериМентального канала.

1503442

Кесто разрь!8а

Составитель В,Упырев

Техред М,Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор А,Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патен ", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3389 Тираж 349 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5