ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ВЫХОДНОГО ПАТРУБКА РЕАКТОРА

Область техники.
Полезная модель относится к ядерным паропроизводящим установкам (ЯППУ) с преимущественным использованием в качестве теплоносителя первого контура жидкометаллического теплоносителя (ЖМТ).
Уровень техники.
Известна конструкция тепловой защиты (изоляции), состоящей из цилиндрических стальных обечаек, расположенных вокруг активной зоны перед корпусом реактора. Тепловая изоляция применяется для уменьшения температуры стенки и перепада на ней для элементов внутрикорпусных конструкций. Особенно это важно для высокотемпературных реакторов, в которых перепад температур теплоносителя первого контура может достигать нескольких сотен градусов Цельсия. Это приводит к значительным температурным напряжениям, превышающим предел текучести, которые могут привести к малоцикловой усталости конструкционных элементов. Крайне актуально применение эффективной тепловой изоляции для выходных (горячих) патрубков, стенка которых подвержена воздействию тепловых ударов в связи с изменением режимов работы. Расчетные квазиупругие напряжения могут превышать при этом значения предела прочности материала. Поэтому стараются защитить стенку выходного патрубка от воздействия горячего теплоносителя, устанавливая внутри патрубка стальные кожухи, которые уменьшают перепад температур на несущей стенке патрубка.
Таким образом, за счет установки стального кожуха и наличию застойного теплоносителя в зазоре между стенками удается смягчить тепловой удар в переходных и аварийных режимах и уменьшить перепад температур в установившемся режиме, а также и напряжений, примерно в два раза. (МАЭ России, ОКБ «Гидропресс», 2001 г., стр.26, рис.21.).
Недостатком тепловой изоляции, выполненной из стальных кожухов, вставленных в выходные (горячие) патрубки, является малая эффективность из-за достаточно высокой теплопроводности. Кроме того, создание многослойной стенки весьма затруднительно и неконструктивно, и приводит к увеличению габаритов узла.
Известна более эффективная конструкция тепловой изоляции, состоящая из слоев, каждый из которых содержит блок твердого изоляционного материала, заключенного в нержавеющий или алюминиевый лист, содержащий дыхательные отверстия. (GВ №1117231 А, МПК G21С 11/08, 19.06.1968 г).
Под изоляционным материалом понимается материал, способный работать внутри реактора, т.е. в условиях радиационного облучения и высоких температур, например, карбид бора. Кроме того, материал помимо теплоизоляционных свойств должен обладать совместимостью с теплоносителем первого контура. В результате нейтронного облучения в материале, например, в карбиде бора, выделяется газ - гелий, который создает избыточное давление в блоке в случае плотной облицовки; поэтому в облицовочном листе предусмотрены дыхательные отверстия.
Недостатком данной конструкции является негерметичность облицовочного листа, что требует подбора изоляционного материала блока с точки зрения совместимости с теплоносителем первого контура, что не всегда возможно.
Данная конструкция тепловой изоляции в моноблочной ЯППУ является наиболее близким техническим решением из известных и принята за прототип.
Раскрытие полезной модели.
Задачей полезной модели является создание внутриреакторной эффективной термической изоляции, имеющей цилиндрическую форму.
Техническим результатом полезной модели является существенное снижение температурных перепадов и напряжений в выходных патрубках реактора и повышение надежности реактора.
Это достигается тем, что предлагаемая конструкция тепловой изоляции, имеет кольцевую форму и способна работать в выходных патрубках реактора в условиях смывания жидкометаллическим теплоносителем. Конструкция состоит из проволочной нержавеющей сетки, свернутой в кольцо, облицованной двумя концентрически расположенными обечайками из тонколистовой стали типа 08Х18Н10Т и обваренными по периметру торцов плотным сварным швом. Учитывая низкую теплопроводность воздуха, заключенного внутри изоляционного блока, даже при сравнительно тонкой его прослойке, например, 2 мм при толщине проволоки в сетке 1 мм, обеспечивается термическое сопротивление изоляционного блока в десятки раз больше, чем для стальной стенки такой же толщины. Эффективная работа предложенной конструкции внутрикорпусной изоляции обеспечивается при ее установке в местах реактора, где есть перепад температур, например, внутри выходных патрубков реактора.
Краткое описание чертежей.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг.1 - вид спереди;
Фиг.2 - узел А;
Изоляционный блок состоит из нержавеющей сетки 1, свернутой в кольцо, с обеих сторон облицованной наружной обечайкой 2 и внутренней обечайкой 3 из тонколистовой стали типа 08Х18Н10Т, обваренными по периметру торцов плотным сварным швом 4.
Осуществление полезной модели.
Предложенная конструкция тепловой изоляции выходного патрубка имеет кольцевую форму и технологически достаточно просто может быть реализована. Для этого проволочную сетку нужных размеров сворачивают в кольцо, края прихватывают друг к другу аргонодуговой сваркой для сохранения цилиндрической формы при монтаже.
Затем на сетку одевают с плотным касанием заранее изготовленную тонкостенную наружную обечайку, а во внутрь также вставляют тонкостенную внутреннюю обечайку, и соединяют их между собой по всему периметру с обоих торцов прочно - плотным сварным швом, который подвергается соответствующим проверкам и испытаниям.
С этой целью предварительно блок подвергают воздействию наружного давления, равным давлению гидравлических испытаний корпуса реактора, в котором предполагается использование данной конструкции. Затем, после проверки на прочность производят проверку герметичности изоляционного блока (плотности сварного шва). Особенностью данной конструкции является ее способность выдерживать значительные нагружения наружным давлением. Это обусловлено тем, что сетка, размещенная внутри блока, играет роль «постели» для тонкостенных облицовочных обечаек. Поэтому предложенная конструкция тепловой изоляции реактора сохраняет свою работоспособность даже при повышении давления в первом контуре до давления второго контура при течи трубчатки парогенератора.