Парогенератор ядерної енергетичної установки

Корисна модель відноситься до галузі ядерної енергетики, а саме до енергетичних пристроїв парогенераторів ядерної енергетичної установки, і може бути використана в ядерних енергетичних установках, які є головною складовою частиною атомних електростанцій, транспортних і ракетних двигунів. Відомий парогенератор (особливий тип теплообмінника), в якому відбувається вироблення і кінцева підготовка робочого тіла (пари) перед подачею на турбіну. В ядерній енергетичній установці з реактором БН-350 парогенератор має корпусну конструкцію, містить дві випарні секції та два пароперегрівники, теплоносієм є рідкий натрій [див. Ганчев В.Г. та інш.., под общей ред. Н.А. Доллежаля «Ядерные энергетические установки», М.: Энергоатомиздат. 1990]. Випарник являє собою вертикальну циліндричну посудину, в якій закріплена трубна дошка з трубками Фільда. Над трубною дошкою, в порожнині збільшеного діаметра установлено паросепаратор. Пароперегрівач - кожухотр убний, U-подібний, з роздільними трубними дошками. Теплоносій спочатку поступає в міжтрубний простір пароперегрівника, далі - в камеру випарника через патрубок в днище корпусу і виводиться через боковий патрубок нижче рівня натрію. За сук упністю суттєви х ознак як прототип прийнято парогенератор ядерної енергетичної установки з реактором БН-350, який містить випарник і пароперегрівник, але конструкція парогенератора секційна і циркуляція теплоносія (рідкий натрій) природна. До недоліків секційної конструкції слід віднести підвищену металоємкість в порівнянні з корпусною конструкцією. Конструкційним матеріалом у випарнику і пароперегрівнику є низьколегірована сталь перлітного класу 1Х2 М. Як правило, між теплоносієм (рідкий метал) і робочим тілом (вода - пара) є теплопередавальна стінка із спеціального сплаву, яка безперервно зазнає дій високих температур і перепадів тиску, осадження активних солей. Тривала дія високих температур і перепадів тиску, осадження активних солей приводить до корозії та ушкодження теплопередавних стінок. В результаті знижується надійність парогенератора і безпека всієї ядерної енергетичної установки. Сутністю заявленого пристрою є створення надійного, ефективного та безпечного парогенератора з мінімальною металоємністю ядерної енергетичної установки. Вирішення технічного завдання досягається за рахунок безпосередньої передачі тепла від теплоносія робочому тілу, без використання тепло-передавальних стінок труб або трубни х дошок шляхом використання спеціальних форсунок вприскування води в теплоносій і підбору складу теплоносія. Тепло прямо передається від теплоносія до робочого тіла. На фігурі показано загальний вид заявленої корисної моделі, де: 1 - корпус бака реактора; 2 - сепаратор-фільтр-перетворювач для пари; 3 - рідкий метал, теплоносій; 4 - циліндр направляючий, в якому теплоносій нагрітий в активній зоні підіймається догори; 5 - спеціальні форсунки для вприскування гарячої води; 6 - активна зона реактора; 7 - сепаратор-фільтр-перетворювач для рідкого металу; 8 - поверхня рідкого металу; h - висота між активною зоною і форсунками (в направляючому циліндрі), від якої залежить не бажана радіоактивність води; Н - висота парогенератора (в направляючому циліндрі). В активній зоні 6 реактора теплова енергія ділення ядер палива передається теплоносію 3, роль якого виконує рідкий метал. Природна циркуляція теплоносія направляється циліндром 4, рух показано стрілками з хвостовим оперенням. В теплоносій, через форсунки 5 вприскується гаряча вода. Температура гарячої води повинна бути ви ще температури плавлення рідкого металу. Вода, охолоджуючи теплоносій, перетворюється в пару, рух якої показаний стрілками без хвостового оперення. Пара виходить догори, на поверхню рідкого металу 8, поступає в сепаратор-фільтр-перетворювач 2, де проходить повне очищення і направляється на турбіну. Охолоджений теплоносій виноситься парою на поверхню і до стінок корпуса бака реактора 1. Далі теплоносій рухається донизу вздовж стінок направляючого циліндра і бака реактора, попадає в сепаратор-фільтрперетворювач 7, піддається очищенню і знову поступає в активну зону. Форсунки розміщені на висоті h над активною зоною з метою зменшення активації механічних домішок та розчинних продуктів корозії в воді. Таким чином, заявлений парогенератор являє собою об'єм висотою Н від форсунок в направляючому циліндрі до поверхні рідкого металу. На цій ділянці відбувається безпосередня пряма передача теплової енергії теплоносія робочому тілу. Як теплоносій в першому контурі можуть бути використані метали з невисокою температурою плавлення та неактивні з водою, наприклад, олово, цинк та інші або їх суміші. Особливість запропонованої корисної моделі це є - інтегральна компоновка першого та другого контурів, коли все основне обладнання розміщено в одному корпусі бака реактора під і над рівнем рідкого металу. Переваги запропонованої корисної моделі парогенератора ядерної енергетичної установки: теплообмін в парогенераторі відбувається без трубних кородуючих поверхонь, що підвищує надійність, ефективність та безпеку всієї установки; в порівнянні з відомими пристроями в заявленій конструкції значно знижена металоємність.