Ядерная энергетическая установка

 

Решение относится к атомной энергетике. Предложено в ядерной энергетической установке лопатки рабочего колеса закрепить в ступице, в которой установлен механизм ступенчатого поворота лопаток на необходимый угол. Приводится описание упомянутого механизма, выполненного в виде установленной соосно с валом насоса штанги, несущей крестовину с упорным кольцом, шатун, осуществляющий поворот лопаток. Обеспечивается три положения лопаток: рабочее положение с вращением вала и подачей теплоносителя через активную зону и парогенераторы положение с минимальным гидравлическим сопротивлением проточной части насоса, с остановленным приводом насоса и естественной циркуляцией теплоносителя через активную зону и парогенераторы; - положение с максимальным гидравлическим сопротивлением проточной части насоса, с остановленным приводом насоса и циркуляцией теплоносителя через активную зону и парогенераторы за счет работы других насосов. Технический результат - расширение возможностей регулирования работы главного циркуляционного насоса. 1 с.п. ф-лы, 2 илл.

Решение относится к атомной энергетике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя: активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции теплоносителя и системой защитного газа (патент РФ 115955; G21C 9/00, опубл. 10.05.2012) - прототип. Ядерная энергетическая установка с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем с размещенными под свободным уровнем теплоносителя: активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с рабочими колесами осевого типа, а также системой защитного газа, отличающаяся тем, что лопатки рабочего колеса главного циркуляционного насоса установлены на втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса с возможностью поворота лопаток до положения, полностью перекрывающего поток теплоносителя через насос.

Недостатком данного технического решения, применительно к установкам с жидкометаллическим теплоносителем, является уменьшение расхода естественной циркуляции при остановленных главных циркуляционных насосах, вследствие значительного гидравлического сопротивления проточной части остановленных насосов, а также возникновение обратного потока теплоносителя через один остановленный главный циркуляционный насос при работающих других. И соответственно, перераспределение температур в активной зоне на мощностных режимах, уменьшающих надежность и безопасность ядерной энергетической установки.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением

Решаемая задача - совершенствование регулирования режимов эксплуатации ядерной энергетической установки и обеспечение ее безопасности.

Технический результат - увеличение потока теплоносителя через активную зону, главные циркуляционные насосы, парогенераторы в режиме естественной циркуляции, а также исключение перегрева локальных участков активной зоны на мощностных режимах при одном остановленном главном циркуляционном насосе и работающих других.

Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке с жидкометаллическим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с рабочими колесами осевого типа, системой защитного газа, лопатки рабочего колеса главного циркуляционного насоса установлены во втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса с возможностью поворота лопаток, последние закреплены в расположенном соосно с валом корпусе ступицы, в котором размещен механизм ступенчатого поворота лопаток на необходимый угол, выполненный в виде установленной соосно с валом насоса штанги, на которой установлена крестовина, несущая упорное кольцо, в котором закреплена лопатка, а между упорным кольцом и крестовиной установлен шатун, осуществляющий поворот лопатки в следующие положения.

- рабочее положение лопаток, полностью перекрывающее поток теплоносителя (что обеспечивает и решение по прототипу);

- рабочее положение с вращением вала и подачей теплоносителя через активную зону и парогенераторы;

- положение с минимальным гидравлическим сопротивлением проточной части насоса, с остановленным приводом насоса и естественной циркуляцией теплоносителя через активную зону и парогенераторы;

- положение с максимальным гидравлически сопротивлением проточной части насоса, с остановленным приводом одного насоса и циркуляцией теплоносителя через активную зону и парогенераторы за счет работы других насосов.

Предлагаемое решение приведено на чертежах:

на фиг. 1 - общий вид ядерной энергетической установки с циркуляционными насосами, имеющими рабочие колеса осевого типа;

на фиг. 2 - принципиальная схема поворота лопаток рабочего колеса.

В ядерном реакторе 1 с жидкометаллическим теплоносителем под его свободным уровнем 2 размещена активная зона 3, парогенераторы 4 и главные циркуляционные насосы 5 осевого типа, система защитного газа 6. Лопатки 7 {фиг. 2) рабочего колеса 8 главного циркуляционного насоса 5 установлены во втулках 9, оси которых перпендикулярны оси вала 10 с возможностью поворота лопаток 7. Лопатки 7 рабочего колеса 8 закреплены в расположенном соосно с валом 10 насоса 5 корпусе 11 ступицы. В корпусе 11 ступицы размещен механизм ступенчатого поворота лопаток 7 на необходимый угол, выполненный в виде установленной соосно с валом 10 насоса 5 штанги 12, на которой установлена крестовина 13, несущая упорное кольцо 14, в котором закреплена лопатка 7. Между упорным кольцом 14 и крестовиной 13 установлен шатун 15, осуществляющий поворот лопаток 7. На крестовине 13 выполнены дугообразные зацепы 16, а на ступице - скобообразные фиксаторы 17, которые размещены по периметру корпуса 11 ступицы, их положение рассчитано таким образом, чтобы фиксировать нужное положение лопаток 7. Положение I - рабочее положение с рассчитанным углом атаки и другими параметрами, обеспечивающими наиболее эффективную работу проточной части насоса в мощностных режимах ядерной энергетической установки. Положение II - положение рабочих лопаток, близкое к соосному с валом насоса, с максимальным проходным сечением между лопатками. Положение III - положение рабочих лопаток, близкое к перпендикулярному оси вала насоса и с минимальным проходным сечением между лопатками.

Работа осуществляется следующим образом.

При включении привода насоса 5 начинает вращаться вал 10, это вращение передается штанге 12, затем крестовине 13. За счет шатуна 15 происходит поворот упорного кольца 14 вместе с зафиксированной в нем лопаткой 7, зацепы 16 крестовины 13 встают в паз фиксатора 17. Происходит поворот лопатки на нужный угол.

Работа ядерной энергетической установки в мощностных режимах осуществляется следующим образом. Активная зона и другое оборудование ядерной энергетической установки работает в мощностном режиме. Лопатки 7 рабочих колес главных циркуляционных насосов 5 зафиксированы в положении I - рабочем положении с углом атаки и другими параметрами, обеспечивающими наиболее эффективную работу проточной части насоса в мощностных режимах ядерной энергетической установки.

Работа ядерной энергетической установки в режиме естественной циркуляции теплоносителя через активную зону осуществляется следующим образом: активная зона и другое оборудование ядерной энергетической установки работает в режиме отвода тепла от активной зоны реактора за счет естественной циркуляции через активную зону, и парогенераторы. Лопатки 7 рабочих колес 8 всех главных циркуляционных насосов 5 переведены и зафиксированы в положении II - положении рабочих лопаток 8, близком к соосному с валом насоса, с максимальным проходным сечением между лопатками 7. Приводы всех насосов 5 остановлены. При необходимости ввода ядерной энергетической установки в мощностной режим лопатки 7 рабочих колес 8 всех главных циркуляционных насосов 5 переводятся и фиксируются в положении I, и приводы насосов 5 приводят валы 10 насосов 5 во вращение, со скоростью, соответствующей уровню мощности реактора.

Работа ядерной энергетической установки в режиме прекращения работы одного из главных циркуляционных насосов, например, его отладки из-за аварии, с циркуляцией теплоносителя через активную зону в мощностном режиме и работой других главных циркуляционных насосов осуществляется следующим образом. Активная зона и другое оборудование ядерной энергетической установки работает в мощностном режиме. Лопатки 7 рабочего колеса 8 остановленного главного циркуляционного насоса 5 в момент его остановки приводятся и фиксируются в положении III - положении рабочих лопаток, близкое к перпендикулярному оси вала 10 насоса 5 и с минимальным проходным сечением между лопатками 7. В случае восстановления работоспособности насоса лопатки его рабочего колеса переводятся и фиксируются в положении I.

Применение предлагаемого технического решения позволит:

- увеличить расход теплоносителя при его естественной циркуляции через активную зону;

- исключить возможность перегрева и разрушения активной зоны реактора при остановке одного из работающих главных циркуляционных насосов;

- исключить необходимость установки обратных клапанов на напорном участке главных циркуляционных насосов или других функционально аналогичных конструктивных элементах (трубы постоянного напора и т.д.).

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна». Проведенные испытания на макете подтверждают его промышленную применимость.

Ядерная энергетическая установка с жидкометаллическим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами осевого типа, системой защитного газа, лопатки рабочего колеса главного циркуляционного насоса установлены во втулках, оси которых перпендикулярны оси вала насоса с возможностью поворота лопаток, отличающаяся тем, что лопатки рабочего колеса закреплены в расположенном соосно с валом корпусе ступицы, в котором размещен механизм ступенчатого поворота лопаток на необходимый угол, выполненный в виде установленной соосно с валом насоса штанги, на которой установлена крестовина, несущая упорное кольцо, в котором закреплена лопатка, а между упорным кольцом и крестовиной установлен шатун, осуществляющий поворот лопатки.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к управлению ядерными реакциями в реакторах с помощью поглощающих стержней, конкретно - к устройствам для перемещения поглощающих стержней в каналах активной зоны реактора для управления цепной реакцией и быстрого останова реактора в режиме аварийной защиты
Наверх