Устройство пассивной защиты ядерного реактора

 

Использование: в атомной энергетике для повышения надежности срабатывания пассивной защиты ядерного реактора на тепловых нейтронах. Сущность изобретения: устройство пассивной защиты ядерного реактора содержит размещенный по оси канала теплоносителя шток со скошенным разъемом, выполненным в виде попарно сопряженных трапецеидальных выступов и пазов, охваченным подвижным вдоль штока кольцом, закрепленный на штоке поглощающий элемент и исполнительный механизм, который выполнен в виде сильфонов, закрепленных с одной стороны на штоке выше разъема, а с другой - на упомянутом подвижном кольце, причем полости сильфонов соединены через демпферный объем и вентиль с трактом теплоносителя. 1 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к устройствам пассивной защиты ядерного реактора.

Известны устройства пассивной защиты ядерного реактора на быстрых нейтронах, в которых преобразователи аварийного сигнала выполнены с использованием изменения формы материала вследствие теплового расширения биметаллического материала, сильфона, упругой мембраны, плавкого элемента, газового поглотителя, срабатывающего на увеличение давления и др. , см. журнал "Атомная техника за рубежом", N 1, 1988, с. 10 - 16.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому устройству является устройство пассивной защиты ядерного реактора на быстрых нейтронах, которое выполнено в виде головки, корпуса и хвостовика. Вдоль оси головки закреплен шток, на котором последовательно размещены пружина, подвижный груз с C-образным выступом, разъем из сопряженных выступа и паза, охваченный подвижным кольцом, и пучок стержней поглотителей. При сжатой пружине груз удерживается биметаллической пластиной, см. патент РФ N 2057376, кл. G 21 C 9/02, 1992.

Технической задачей изобретения является повышение надежности срабатывания пассивной защиты ядерного реактора на тепловых нейтронах.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем размещенный в канале тракта первого контура реактора шток, удерживающий поглощающий элемент, с разъемом из сопряженных выступов и пазов, охваченным подвижным кольцом, на верхней части штока до разъема закреплены сильфоны, противоположные торцы которых связаны с подвижным кольцом, а полости сильфонов соединены через вентиль с трактом теплоносителя.

На чертеже изображено устройство пассивной защиты ядерного реактора.

Устройство установлено в канале 1 тракта теплоносителя первого контура реактора и содержит поглощающий элемент 4, удерживаемый на тросе 2 за шток 3, выполненный со скошенным разъемом в виде сопряженных между собой попарно трапецеидальных выступов и пазов 5, 6, при этом разъем охвачен подвижным вдоль оси кольцом 7, связанным с нижними торцами сильфонов 8, верхние торцы которых закреплены на штоке 3 выше разъема, а внутренние полости сильфонов 8 соединены через демпферный объем 9 и вентиль 10 с трактом теплоносителя.

Устройство работает следующим образом.

При открытом вентиле 10 заполняют сильфоны и демпферный объем 9 теплоносителем до уровня, при котором газовая подушка демпферного объема 9 находится под давлением, равным номинальному, после чего вентиль закрывают.

В нормальном режиме работы реактора сильфоны 8 разгружены (воспринимают лишь пульсации давления, неизбежные при работе реактора), в таком состоянии подвижное кольцо 7 охватывает разъем из трапецеидальных выступов и пазов 5, 6, удерживая поглощающий элемент 4 вне активной зоны.

В аварийном режиме повышение давления теплоносителя сверх номинального сжимает сильфоны 8, которые перемещают вверх подвижное кольцо 7, освобождая разъем по линии сопряжения выступов и пазов 5, 6. В результате этого поглощающий элемент 4 под действием собственного веса сбрасывается в активную зону реактора и надежно подавляет цепную реакцию.

Необходимая для освобождения зоны разъема штока 3 величина перемещения кольца 7 связана определенным соотношением с размерами демпферного объема 9, вывод которого дан ниже.

Такое выполнение пассивной защиты позволяет существенно повысить безопасность работы реакторов типа РБМК-1000 и РБМК-1500.

1. При начальном заполнении сильфонов 8 и демпферного объема 9 теплоносителем через вентиль 10 размер части демпферного объема, заполненного газовой средой, определяется из уравнения состояния при условии, что теплоноситель должен заполнить внутренний объем сильфонов и часть демпферного объема, выбираемую из конструктивных соображений (теплоноситель как минимум должен доходить до верхнего обреза трубки).

Исходя из этого положения, запишем: p₀ (V_g + V_t + m L F)/T₀ = p V_g/T. (1) Здесь p₀ и p - нормальное давление и рабочее давление теплоносителя, T₀ и T - нормальная температура и рабочая температура теплоносителя, V_g и V₁ - газовая часть демпферного объема и часть демпферного объема, выбираемая из конструктивных соображений, m - количество сильфонов, L и F - длина и эффективная площадь сильфона.

Из уравнения (1) находим размер газовой части демпферного объема, V_g (p/T₀)= p₀ (V_t + m L F)/T₀. (2) 2. При увеличении давления теплоносителя в аварийной ситуации газовая часть демпферного объема за счет поджатия сильфонов будет уменьшаться до момента выравнивания давления в активной зоне с давлением в демпферном объеме. Уменьшенная часть газового демпферного объема определится из уравнения состояния следующим образом: p V_g = (p + 0.5 p) V_a, (3) откуда V_a = p V_g/(p + 0.5 p). (4) Здесь p - величина превышения давления над рабочим при аварийной ситуации, коэффициент 0.5 принят для обеспечения гарантированного хода сильфонов, при котором происходит освобождение разъема штока 3, V_a - остающаяся часть газового демпферного объема, обеспечивающая необходимый для освобождения разъема штока 3 подъем кольца 7 в аварийной ситуации.

3. Вычисленная из уравнения (4) величина V_a не должна быть меньше допускаемой величины [V_a] , при которой обеспечивается необходимый ход подвижного кольца 7 на величину h. Величина [V_a] определяется из условия
[V_a] = V_g - h m F, (5)
которое учитывает уменьшение газовой части демпферного объема за счет перетекания теплоносителя из сильфонов в демпферный объем при освобождении разъема штока 3.

4. Окончательное решение по величине демпферного объема 9 принимается при таком подборе конструктивных параметров, при котором выполняется условие
V_a [V_a]. (6)е

Формула изобретения

Устройство пассивной защиты ядерного реактора, содержащее размещенный по оси канала теплоносителя шток со скошенным разъемом, выполненным в виде попарно сопряженных трапецеидальных выступов и пазов, охваченным подвижным вдоль штока кольцом, закрепленный на штоке поглощающий элемент и исполнительный механизм, отличающееся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде сильфонов, закрепленных с одной стороны на штоке выше разъема, а с другой - на упомянутом подвижном кольце, причем полости сильфонов соединены через демпферный объем и вентиль с трактом теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1