КОРПУС ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНОГО КАНАЛА КИПЯЩЕГО ВОДО-ВОДЯНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к ядерной технике, а более конкретно к корпусу пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора.
Известен корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненный в виде концентрично установленных трубы и обечайки, которая расположена снаружи трубы с образованием кольцевого зазора между трубой и обечайкой. Кольцевой зазор заполнен теплоизолирующим пористым материалом с малым сечением поглощения нейтронов и герметично закрыт по обоим торцам (патент РФ №2227334, МПК G21C 3/06, опубл. 2003 г.).
Недостатком известного корпуса является сложность технологии его изготовления, что объясняется требованием плотного прилегания теплоизолирующего материала к внутренней поверхности обечайки и наружной поверхности трубы, которое может быть выполнено за счет обеспечения высокой точности соосности обечайки и трубы. Эксцентричность обечайки относительно трубы может привести к уменьшению толщины теплоизолирующего материала в отдельных местах и соответственно к увеличению потока тепла в них, что может вызвать закипание воды, омывающей наружную поверхность обечайки, и вследствие этого привести к нарушению циркуляции теплоносителя в канале.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к полезной модели является корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненный в виде трубы и обечайки, установленной внутри трубы, и снабженный дистанционирующими элементами, представляющими собой пуклевки или витки проволоки (патент РФ №78359, МПК G21C 3/06, опубл. 2008 г.).
Обечайка установлена внутри трубы с образованием кольцевого зазора, в котором для обеспечения постоянной величины зазора между трубой и обечайкой размещены дистанционирующие элементы: пуклевки или витки проволоки. Пуклевки выполнены на обечайке, а витки проволоки установлены на обечайке. Кольцевой зазор герметично закрыт с одного торца, а другой торец гидравлически соединен с внутренней полостью обечайки для прохода теплоносителя в кольцевой зазор. Герметизация торца кольцевого зазора исключает протечку теплоносителя параллельно основному потоку внутри обечайки, поэтому теплоноситель (пароводяная смесь), заполняющий кольцевой зазор, находится в статическом состоянии и выполняет функцию теплового сопротивления.
Недостатком известного корпуса является увеличение коэффициента теплопроводности пароводяной смеси, находящейся в кольцевом зазоре. Это объясняется конвективными процессами в кольцевом зазоре, происходящими из-за кипения на наружной поверхности обечайки и конденсации на внутренней поверхности трубы, что может привести к закипанию воды-теплоносителя, омывающей наружную поверхность трубы и появлению пара в недогретой воде, вследствие чего может быть нарушена циркуляция теплоносителя в канале.
Задачей настоящей полезной модели является создание корпуса пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, исключающего возможность закипания теплоносителя, омывающего корпус пароперегревательного канала и появления пара в недогретой воде и тем самым способствующего надежной циркуляции теплоносителя в ядерном реакторе.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение коэффициента теплопроводности тепловой изоляции между холодной трубой и горячей обечайкой корпуса пароперегревательного канала.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненный в виде трубы и обечайки, установленной внутри трубы, и снабженный дистанционирующими элементами, представляющими собой пуклевки или витки проволоки,
содержит дополнительную обечайку, которая установлена между трубой и обечайкой с образованием двух кольцевых зазоров, один - между трубой и дополнительной обечайкой, а другой - между дополнительной обечайкой и обечайкой, при этом кольцевые зазоры герметично закрыты с одного торца, а дистанционирующие элементы расположены в упомянутых зазорах.
Кроме того, пуклевки выполнены на дополнительной обечайке и расположены на обеих ее поверхностях, а витки проволоки размещены на обечайке и дополнительной обечайке.
Наличие двух кольцевых зазоров между холодной трубой и горячей обечайкой приводит к созданию тепловой изоляции корпуса в виде разделенных посредством дополнительной обечайки двух однофазных сред, одна из которых - пар с коэффициентом теплопроводности около 0,05 Вт/м/град содержится в кольцевом зазоре между горячей обечайкой и дополнительной обечайкой, а другая - вода с коэффициентом теплопроводности около 0,7 Вт/м/град содержится в кольцевом зазоре между дополнительной обечайкой и холодной трубой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен корпус пароперегревательного канала (продольный разрез), на фиг.2 изображен упомянутый корпус с пуклевками на дополнительной обечайке (продольный разрез), на фиг.3 показан корпус с витками проволоки на обечайке и дополнительной обечайке (продольный разрез).
Корпус содержит трубу 1, обечайку 2, которая установлена внутри трубы 1, и дополнительную обечайку 3. Дополнительная обечайка 3 установлена между трубой 1 и обечайкой 2 с образованием двух кольцевых зазоров 4, 5. Кольцевой зазор 4 образован между внутренней поверхностью трубы 1 и наружной поверхностью дополнительной обечайки 3, а кольцевой зазор 5 образован между внутренней поверхностью дополнительной обечайки 3 и наружной поверхностью обечайки 2. Кольцевые зазоры 4, 5 герметично закрыты с одного торца перемычкой 6, а с другого торца кольцевые зазоры 4, 5 открыты, что обеспечивает гидравлическое соединение зазоров 4, 5 с полостью 7 внутри обечайки 2 для заполнения кольцевых зазоров 4, 5 теплоносителем. Теплоноситель, который заполнил зазоры 4, 5, не имеет возможности протечь через них, поскольку зазоры 4, 5 герметично закрыты, и остается в зазорах 3, выполняя функцию теплового сопротивления. Корпус снабжен дистанционирующими элементами, выполненными в виде пуклевок 8, которые расположены на внутренней и наружной поверхности дополнительной обечайки 3, или в виде витков 9 проволоки, которые расположены на дополнительной обечайке 3 и обечайке 2.
Устройство работает следующим образом.
Теплоноситель - водяной пар (пароводяная смесь) поступает в полость 7 обечайки 2, в которой установлены тепловыделяющие элементы (на чертеже не показаны). Проходя мимо тепловыделяющих элементов, пар отбирает выделяемое в них тепло, в результате чего он нагревается и имеет на выходе из обечайки 2 более высокую температуру, чем на входе в нее. Снаружи труба 1 омывается теплоносителем - водой, который имеет температуру более низкую, чем теплоноситель внутри трубы 1, поэтому от теплоносителя внутри корпуса канала к наружной воде проходит тепловой поток. Из-за гидравлического сопротивления предвключенного испарительного тракта и пароперегревательного тракта, давление воды снаружи канала выше давления в пароперегревательном канале, поэтому температура насыщения внутри пароперегревательного канала ниже температуры насыщения снаружи него, т.е. на внешней поверхности трубы 1. Давление внутри кольцевых зазоров 4, 5 в зависимости от местоположения перемычки 6 будет равно давлению или на выходе или на входе в полость 7 обечайки 2. Внутри обечайки 2 от теплоносителя - высокотемпературного пара тепло конвективным путем передается обечайке 2, при этом температура на внутренней поверхности обечайки 2 меньше, чем температура в потоке пара. Затем тепло от внутренней поверхности обечайки 2 передается за счет теплопроводности ее материала к наружной поверхности обечайки 2, при этом температура наружной поверхности обечайки 2 ниже по сравнению с температурой на ее внутренней поверхности. Тепло от наружной поверхности обечайки 2 передается теплоносителю, находящемуся в кольцевом зазоре 5, за счет его теплопроводности и температура на внутренней поверхности дополнительной обечайки 3 меньше температуры на наружной поверхности обечайки 2. Тепло от внутренней поверхности дополнительной обечайки 3 передается за счет теплопроводности ее материала наружной поверхности дополнительной обечайки 3, при этом температура наружной поверхности дополнительной обечайки 3 меньше температуры внутренней поверхности дополнительной обечайки 3. Тепло от наружной поверхности дополнительной обечайки 3 передается теплопроводностью теплоносителя, находящегося в кольцевом зазоре 4, при этом температура на внутренней поверхности трубы 1 ниже температуры на наружной поверхности дополнительной обечайки 3. Тепло от внутренней поверхности трубы 1 передается теплопроводностью материала трубы 1 наружной поверхности трубы 1, при этом температура наружной поверхности трубы 1 ниже, чем температура ее внутренней поверхности. Тепло от наружной поверхности трубы 1 передается к омывающему ее теплоносителю - воде конвективным путем. Температура внутренней поверхности дополнительной обечайки 3 близка к температуре насыщения, поэтому теплоноситель, заполнивший кольцевой зазор 5, представляет собой пар с переменной температурой в поперечном направлении и сохраняет это фазовое состояние в течение всего эксплуатационного периода. Температура наружной поверхности дополнительной обечайки 3 ниже температуры насыщения, поэтому теплоноситель, заполнивший кольцевой зазор 4, представляет собой воду и сохраняет это фазовое состояние в течение всего эксплуатационного периода. Такое разделение фазовых состояний теплоносителя по кольцевым зазорам 4, 5 обеспечивается за счет разницы коэффициентов теплопроводности пара и воды, а именно: пар имеет коэффициент теплопроводности около 0,05 Вт/м/град, а вода - коэффициент теплопроводности около 0,7 Вт/м/град.