ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем (ЖМТ) или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и снабжена устройством ввода газовой смеси, которое выполнено в виде направляющей несъемной трубы, в которой размещена съемная труба, включающая на нижнем участке гибкие сильфонные элементы, например, компенсаторы перемещений, а к нижнему концу съемной трубы подсоединен сопловый насадок в виде перфорированного штуцера или штуцера с системой капиллярных труб переменного диаметра и длины. (см. Патент РФ №2192052 класс МПК 7 G 21 C 9/00, 2002 г.)
Недостатком данного технического решения (как показали испытания на стендах в натурных условиях) является возможность забивания каналов сопловых насадок отложениями частиц примесей теплоносителя, а также возможность поступления жидкометаллического теплоносителя и последующего его застывания в газовых линиях устройства ввода газовой смеси при неправильных действиях
эксплуатационного персонала, что требует сложных и длительных операций по размораживанию и удалению застывшего металла из этих труб для восстановления их проходимости по газу, а также то, что эти устройства формируют пузыри газа с размерами близкими к размерам отверстий истечения насадок, которые не могут быть малыми, чтобы не забиваться примесями.
Задачи, решаемые изобретением - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки и обеспечение безопасности реакторного блока ядерной энергетической установки со свинцовым и свинцово - висмутовым теплоносителем.
Технический результат - повышение эффективности очистки теплопередающих поверхностей и каналов циркуляции теплоносителя за счет большей диспергеризации восстановительной газовой фазы, при уменьшении размеров пузырей до сотен микрон и менее и повышение надежности системы очистки за счет исключения забивания отверстий истечения сопловых насадок частицами примесей и «заброса» жидкого металла в «холодные» газовые каналы.
Технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, содержащей реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, средствами циркуляции и устройством ввода газовой смеси, последнее
выполнено в виде вращающегося от электродвигателя лабиринтно-винтового эмульгатора, расположенного под свободным уровнем теплоносителя, внутри вала эмульгатора выполнен канал, соединяющий газовый объемом над свободным уровнем теплоносителя со сквозными радиальными отверстиями в винте эмульгатора, верхняя часть зазора между винтом и втулкой эмульгатора сообщена с камерой, внутренняя стенка которой выполнена в виде неподвижного перфорированного цилиндра, закрепленного на втулке, наружная стенка представляет собой вращающийся перфорированный цилиндр соединенный с валом эмульгатора.
На фиг.1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение, на фиг.2 и фиг.3 представлено устройство ввода газовой смеси.
В ядерном реакторе 1 с ЖМТ или его сплавами, с размещенным под свободным уровнем теплоносителя 2, активной зоной 3, парогенератором 4, средствами циркуляции, например, насосами 5, установлено устройство ввода восстановительно-газовой смеси в виде лабиринтно-винтового эмульгатора 6. Верхняя часть вала 7 эмульгатора 6 соединена с электродвигателем 8, на нижней части вала 7 установлен винт 9 эмульгатора 6 и вращающийся перфорированный цилиндр 10. Винт 9 эмульгатора 6 выполнен в виде цилиндрической втулки с многозаходной винтовой нарезкой на ее наружной поверхности, в винте 9 эмульгатора 6
выполнены сквозные радиальные отверстия 11 сообщенные с внутренним каналом 12 вала 7, который, в свою очередь, через отверстие 13 сообщается с газовым объемом 14 над свободным уровнем теплоносителя 2. На неподвижном кронштейне 15 установлен гидродинамический подшипник 16, втулка 17 с многозаходной винтовой нарезкой на ее внутренней поверхности, на втулке 17 установлен неподвижный перфорированный цилиндр 18, который образует с вращающимся перфорированным цилиндром 10 камеру 23, сообщенную с зазором 20 между винтом 9 и втулкой 17.
Работа предлагаемого устройства и, соответственно, очистка теплопередающих поверхностей и каналов циркуляции теплоносителя осуществляется следующим образом.
Основанием для проведения очистки является требование проведения регламентной технологической очистки контура (по установленным срокам очистки или по показаниям соответствующих приборов).
В объеме газа 14, ограниченного пробкой 19 реактора 1 и свободным уровнем теплоносителя 2, путем подачи водорода образуется смесь защитного газа (аргона) и газа - восстановителя (водорода). Вводят в действие электродвигатель 8. Вращающийся винт 9 эмульгатора б и неподвижная втулка 17 создают напорное движение теплоносителя в зазоре 20 между винтом 9 и втулкой 17 и, соответственно, локальное
уменьшение давления вблизи сквозных радиальных отверстий 11 истечения газа в жидкий металл, вследствие чего газ через отверстие 21 в кронштейне 15 и отверстие 13 в вале 7 поступает в канал 12 внутри вала 7 далее в сквозные радиальные отверстия 11 и через них в зазор 20 лабиринтно-винтового эмульгатора 6, где происходит дробление и перемешивание газа с теплоносителем. Теплоноситель через окна 22 в кронштейне 15, отверстия во вращающемся перфорированном цилиндре 10 и отверстия в неподвижном перфорированном цилиндре 18, которые образуют вращающийся фильтр, поступает в камеру 23, далее в зазор 20 между винтом 9 и втулкой 17, где перемешивается с пузырьками газа и выходит в виде двухкомпонентного потока 24.
Образующийся в процессе работы устройства ввода газовой смеси двухкомпонентный поток теплоноситель-газ 24 доставляет газовую фазу ко всем участкам контура ядерного реактора 1, что позволяет производить очистку теплоносителя и ядерной энергетической установки от оксидов теплоносителя, повышая безопасность установки и увеличивая ресурс ее работы.
Образующийся в процессе химической реакции восстановления оксидов теплоносителя водяной пар поступает в газовую полость 14 реактора 1, а затем выводится в газовую систему, где конденсируется и конденсат сбрасывается в систему спецводоочистки.
Применение предлагаемого технического решения позволяет:
- Повысить эффективность очистки поверхностей реакторного блока от отложений значительной толщины на теплопередающих поверхностях активной зоны, исключая последующее ее разрушение из-за перегрева оболочек твэл, а также поверхностей парогенераторов;
- Исключить возможность забивания каналов ввода газовых восстановительных смесей жидкометаллического теплоносителя отложениями частиц примесей теплоносителя;
- Исключить возможность поступления жидкометаллического теплоносителя в газовые линии и последующего застывания в них при неправильных действиях эксплуатационного персонала;
- Организовать направленную циркуляцию газовой фазы в составе двухкомпонентного потока ЖМТ - газовая смесь, исключающая агломерацию газовых пузырей в области их формирования.