Ядерная энергетическая установка

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках на быстрых нейтронах с охлаждением тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.

Предложено лопасти рабочего колеса главного циркуляционного насоса установить на втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса с возможностью поворота лопастей до положения, полностью перекрывающего поток теплоносителя через насос. Технический результат-исключение, обратного потока теплоносителя через главный циркуляционный насос при его аварийной остановке при работе других насосов, в результате повышается безопасность реакторной установки. 1 с.п. ф-лы, 3 илл.

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках на быстрых нейтронах с охлаждением тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем с расположенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами, а также системой защитного газа («Белая книга ядерной энергетики» / под общей редакцией профессора Е.О.Адамова / М.: издат. ГУП НИКИЭТ, 2001 г., стр.180, стр.191). Лопасти рабочих колес циркуляционных насосов жестко закреплены на втулке рабочего колеса.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами, а также системой защитного газа (А.В.Безносов, Ю.Г.Драгунов, В.И.Рачков «Тяжелые жидкометаллические теплоносители в атомной энергетике» / М.: ИздАТ. 2007 г., стр.12-22). Лопасти рабочих колес циркуляционных насосов жестко закреплены на втулке рабочего колеса.

Принимаем ее за прототип.

Недостатком данного прототипа является то, что при отказе (выходе из работы - прекращении подачи насосом теплоносителя) одного из главных циркуляционных насосов при работе других, через остановившийся насос устанавливается циркуляция теплоносителя в обратном направлении, что, в свою очередь, приводит к резкому, недопустимому ухудшению работы активной зоны реактора и реакторной установки в целом.

Задача, решаемая изобретением - повышение безопасности реакторной установки.

Технический результат - исключение обратного потока теплоносителя через главный циркуляционный насос при его аварийной остановке при работе других насосов.

Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с рабочими колесами осевого типа, а также системой защитного газа, лопасти рабочего колеса главного циркуляционного насоса установлены на втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса, с возможностью поворота лопастей до положения, полностью перекрывающего поток теплоносителя через насос. Исключается обратный поток теплоносителя через остановившийся главный циркуляционный насос.

На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение. На фиг.2, 3 - рабочее колесо осевого типа с поворотными лопастями. В реакторном блоке 1 со свинцовым теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем 2 активной зоной 3, парогенераторами 4, главными циркуляционными насосами 5, с рабочим колесом 6 осевого типа с креплением лопастей 7 с помощью поворотных втулок 8, допускающих поворот лопастей вокруг оси, перпендикулярной оси вала 9 насоса 5 вплоть до положения, перекрывающего поток теплоносителя через насос. В состав реакторного блока входит система защитного газа над свободным уровнем теплоносителя с газовым объемом 10 в реакторном блоке.

Работа ядерной энергетической установки осуществляется следующим образом.

При увеличении мощности энерговыделения в активной зоне 3 синхронно увеличивается число оборотов рабочего колеса 6, расположенного на валу 9 главного циркуляционного насоса 5. В водяную камеру парогенератора 4 подается питательная или котловая вода, которая омывает теплопередающие поверхности и в виде пара выходит из парогенератора 4. При работе насосов 5 свободный уровень теплоносителя в кессонах 11 насосов 5 увеличивается и, соответственно, увеличивается уровень в кольцевой камере 12 над входом в активную зону 3 реактора. Положение свободного уровня 2 над парогенераторами 4 понижается за счет гидравлического сопротивления теплоносителя в реакторном контуре. При уменьшении мощности активной зоны 3 синхронно изменяется положение (угол поворота) лопастей 7 рабочего колеса 6 и число оборотов вала 9 насоса 5. При уменьшении мощности активной зоны 3 число оборотов главных циркуляционных насосов синхронно уменьшается и разница высотных отметок теплоносителя также уменьшается, возвращаясь к исходному положению. Поворот лопастей может изменяться, например, с помощью штока 13, проходящего в пустотелом валу, посредством поступательного движения этого штока вдоль оси вала. Нижний конец штока может соединяется с втулками 8 поворотных лопастей 7 посредством коленчатой передачи либо других известных решений.

В случае аварийной остановки одного из главных циркуляционных насосов 5 через его проточную часть должна возникать обратная циркуляция под перепадом уровней в кольцевой камере над входом в активную зону 3 и входом в парогенераторы 4. Для исключения обратного потока теплоносителя под этим перепадом подсистема пассивной безопасности (под действием сжатой пружины, давления газа или воды на поршень, шток или др. известные решения) поворачивает лопасти остановившегося насоса вокруг оси, перпендикулярной оси насоса, вплоть до положения, перекрывающего поток теплоносителя через насос.

После восстановления работоспособности аварийного насоса при необходимости он вводится в действие автоматической системой безопасности с соответствующим поворотом лопастей насоса и увеличением его числа оборотов до значений, соответствующих мощности активной зоны реактора.

Применение предлагаемого технического решения:

- исключить обратный поток теплоносителя через остановившийся главный циркуляционный насос реакторного контура при работающих других насосах, тем самым исключить неблагоприятные условия работы активной зоны (или срабатывания аварийной защиты реактора);

- исключить необходимость установки обратных клапанов на каждом главном циркуляционном насосе реакторного контура или другие технические решения (трубу на напоре главного циркуляционного насоса и др.), исключающие обратный ток через насос и ухудшающие технико-экономические показатели реакторного контура и ядерной энергетической установки в целом;

- повысить безопасность ядерной энергетической установки;

- повысить экономичность ядерной энергетической установки.

Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим теплоносителем с размещенными под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с рабочими колесами осевого типа, а также системой защитного газа, отличающаяся тем, что лопасти рабочего колеса главного циркуляционного насоса установлены на втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса с возможностью поворота лопастей до положения, полностью перекрывающего поток теплоносителя через насос.