ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках на быстрых нейтральных с охлаждением тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.
Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем под свободным уровнем теплоносителя активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами, а так же системой защитного газа (см. «Белая книга ядерной физики» под общей редакцией проф. Е.О. Азамова / М: из-во ГУП НИКИЭТ. 2001, стр 180, стр 191).
Недостатком данного технического решения применительно к ядерным энергетическим установкам с реакторами на быстрых нейтронах, охлаждаемых тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями является прекращение циркуляции теплоносителя главными циркуляционными насосами при прекращении подачи электроэнергии на электроприводе главных циркуляционных насосов.
Отсутствие принудительной циркуляции, особенно, в начальный момент после останова главных циркуляционных насосов и срабатывания аварийной защиты реактора по сигналу их обесточивания при недостаточном расходе естественной циркуляции в реакторном контуре может привести к перегреву активной зоны реактора с последующими негативными последствиями.
Техническое противоречие данной аварийной ситуации заключается в том, что реакторная установка располагает энергетическим потенциалом для эффективного отвода остаточных тепловыделений в виде этого тепла, но этот потенциал не используется.
Задачи, решаемые полезной моделью - совершенствование конструкции ядерной энергетической установки в части конструкции главных насосов, исключения перегрева активной зоны реактора при их обесточивании и, соответственно, повышение безопасности реакторной установки.
Технический результат заключается в обеспечении непрерывного вращения вала главного циркуляционного насоса в случае возникновения аварии с прекращением подачи напряжения (обесточиванием) электропривода одного или всех главных циркуляционных насосов.
Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем с размешенной под свободным уровнем активной зоной, парогенераторами, главными циркуляционными насосами с электроприводами, а так же системой защитного газа, отличающегося тем, что валы с рабочими колесами главных циркуляционных насосов через редуктор и обгонную муфту соединены с валами вспомогательных турбин, подвод пара к которым сообщен трубопроводом с арматурой с трубопроводом пара от парогенераторов к турбогенератору.
На фиг. 1 представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение. Реакторный блок 1 со свинцовым теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем теплоносителя 2 активной зоной 3, парогенераторами 4, главными циркуляционными насосами 5 с электроприводами 6, а так же системой защитного газа. Схема представлена для состояния реакторного контура с остановленными главными циркуляционными насосами, например, после заполнения реакторного контура жидкокристаллическим теплоносителем. В этом состоянии свободные уровни теплоносителя во всех элементах контура находятся на одной отметке. При увеличении числа оборотов главных циркуляционных насосов вплоть до номинальных возникает циркуляция теплоносителя через участки контура, имеющие различные гидравлические сопротивления. В различных элементах контура при работе главных циркуляционных насосов будут различные высотные отметки свободных уровней теплоносителя в соответствии с гидравлическими сопротивлениями соответствующих участков контура.
На фиг. 2 представлена схема кинематической связи вала 7 с рабочим колесом 8, осевого типа, главного циркуляционного насоса через редуктор 9 и обгонную муфту 10 с валом 11 вспомогательной турбины 12. Подвод пара к вспомогательной турбине 12 сообщен трубопроводом 13 пара с арматурой 14 от парогенератора 4 к турбогенератору (условно не показанному).
Работа ядерной энергетической установки осуществляется следующим образом. При увеличении мощности энерговыделения в активной зоне 3 синхронно увеличивается число оборотов вала 7 с рабочим колесом 8 главных циркуляционных насосов. В парогенератор 4 подается питательная или котловая вода, которая в виде пара выходит из парогенераторов 4 и по трубопроводам пара с арматурой поступает к турбогенератору.
При работе насосов 5 свободный уровень теплоносителя над напорной камерой реактора и над активной зоной 3 увеличивается, над участками входа в главные циркуляционные насосы - уменьшается за счет гидравлического сопротивления элемента реакторного контура. При уменьшении мощности активной зоны 3 скорость вращения валов главных циркуляционных насосов синхронно уменьшается и разница высотных отметок так же уменьшается, возвращаясь к исходному состоянию.
При подаче напряжения на электроприводы в главных циркуляционных насосов и увеличении скорости вращения вала 7 с рабочим колесом 8 главного циркуляционного насоса 5 обгонная муфта 10 отключает вал 11 вспомогательных турбин 12.
В случае возникновения аварии с прекращением подачи напряжения (обесточиванием) электропривода одного или всех главных циркуляционных насосов 5 при снижении оборотов вала 7 с рабочим колесом 8, открывается арматура 14 на трубопроводе 13 подачи пара на вспомогательную турбину 12. Вводится в работу вспомогательная турбина 12, отработанный пар после турбины сбрасывается либо в конденсатор (вспомогательный или др.), либо в атмосферу, учитывая достаточно непродолжительный режим отвода пика остаточных тепловыделений. Вводится в работу обгонная муфта 10 и вращение вала 7 с рабочим колесом главного циркуляционного насоса начинает обеспечиваться с приводом от вспомогательной турбины 12 через редуктор 9 и обгонную муфту 10.
Во время необходимое, для отвода пика остаточных тепловыделений с циркуляцией жидкометаллического теплоносителя через активную зону реактора, за счет работы главных циркуляционных насосов, от вспомогательных турбин тепло остаточных тепловыделений частично аккумулируется в реакторном контуре, частично может отводится в парогенераторах с подачей в них питательной воды пусковыми питательными насосами, может отводиться во вспомогательных теплообменниках реакторного контура.
После отвода тепла пика остаточных тепловыделений в активной зоне закрывается арматура 14 на подводе пара на вспомогательную турбину 12, главные циркуляционные насосы останавливаются и остаточный теплоотвод осуществляется за счет естественной циркуляции теплоносителя в реакторном контуре.
Применение предполагаемого технического решения позволит: сохранить циркуляцию теплоносителя через активную зону реактора при обесточивании электроприводов главных циркуляционных насосов; исключить перегрев участков активной зоны или активной зоны в целом при обесточивании электроприводов главных циркуляционных насосов; повысить безопасность реакторной установки в целом; исключить обратные клапаны или другие технические мероприятия в трассе главных циркуляционных насосов, предназначенных для исключения обратной циркуляции через остановленный главный циркуляционный насос при работающих других; использовать энергетический потенциал пика остаточных тепловыделений для обеспечения циркуляций по реакторному контуру и, соответственно, для повышения безопасности реакторной установки.