ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

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.