Система пасивного розхолоджування

Корисна модель відноситься до суднових енергетичних установок, конкретно, до систем пасивного розхолоджування суднових ядерних реакторів. Відома одноконтурна система автономного розхолоджування суднового ядерного реактора, призначена для відведення залишкових тепловиділень після зупинення реактора в умовах, коли основне обладнання ядерної паровидатної установки не використовується [Саркисов А.А., Пучков В.Н. Физические основы эксплуатации ядерных паропроизводящих установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 504с]. Особливістю цієї системи є виведений за борт автономний теплообмінник, через який за рахунок природної циркуляції теплоносія першого контуру здійснюється відведення залишкових тепловиділень реактора у забортний простір. Відома також багатоконтурна система розхолоджування із проміжним теплообмінником на основі двофазних термосифонів, проміжним двофазним контуром теплоперенесення й забортним теплообмінникомконденсатором [Свириденко И.И. Аналитическое исследование процессов теплопереноса в сопряженной системе теплосъема на основе двухфазних термосифонов // В сб. научн. тр удов СИЯЭиП. Севастополь: СИЯЭиП, №4, 2001. - С.142-150]. Особливістю цієї системи є наявність між першим контуром і забортним простором проміжного теплообмінника розхолоджування, виконаного на основі двофазних термосифонів і проміжного двофазного контуру розхолоджування, що забезпечує відведення теплоти забортній воді через забортний теплообмінник-конденсатор. Основним недоліком зазначених систем розхолоджування є низька інтенсивність тепловіддачі кінцевому поглиначу, обумовлена умовами його вільної конвекції. При цьому низький коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої стінки теплообмінного апарата забортній воді призводить до необхідності збільшення поверхні теплообміну і, о тже, погіршенням масогабаритних характеристик теплообмінного обладнання системи розхолоджування. Найбільш близьким за сукупністю істотних ознак узятого як прототип даної корисної моделі є система охолодження силової установки плавзасобу [А.с. СССР №1799814, Б.И. №9, 1993]. Система містить у собі забортний теплообмінник, у нижній частині якого уздовж його теплообмінних поверхонь встановлені в забортному просторі перфоровані газові колектори, сполучені трубопроводом з газоперекачувальним пристроєм - судновим компресором. Особливістю системи є інтенсифікація тепловіддачі від теплообмінника забортній воді за рахунок впливу на теплообмінні поверхні газорідинних стр уменів, що виникають при виході з газового колектора пухирців стисненого повітря. Підвищення інтенсивності тепловіддачі забортній воді відбувається за рахунок інтенсивного руйнування примежового шару уздовж зовнішньої теплообмінної поверхні газорідинним струменем. Прототип має низку істотних недоліків, а саме: - Низьку надійність, пов'язану з використанням примусової циркуляції замкнутого контуру охолодження, за рахунок постійної роботи насосів, і примусовою подачею стисненого повітря в газові колектори за допомогою постійно працюючого компресора. Крім того, розгерметизація забортного теплообмінника через можливу течу призводить до порушення умов функціонування замкнутого контур у о холодження. - Низьку економічність у зв'язку з додатковими енерговитратами на власні потреби, необхідними для забезпечення постійної роботи насоса й компресора. - Складність за наявністю обертових механічних пристроїв, таких як насос і компресор. В основу корисної моделі поставлене завдання розробки системи пасивного розхолоджування суднового ядерного реактора з можливістю введення її в дію за аварійної ситуації без джерел енергії й участі екіпажу в керуванні аварійним процесом, із забезпеченням надійного відведення залишкових тепловиділень реактора забортній воді за умови тривалої втрати електропостачання власних потреб. Розв'язання поставленого завдання досягається тим, що для введення системи розхолоджування в дію пасивним способом використовується запірна арматура з електромагнітними приводами, що у режимі «очікування» знаходиться в закритому положенні, а при знеструмленні відкривається самостійно без участі оператора в керуванні процесом. Джерелом повітря за аварійної ситуації є балон із запасом стисненого повітря, з'єднаний із забортною вигородкою трубопроводом, на якому встановлений запірний клапан з електромагнітним приводом с можливістю його пасивного відкриття при знеструмленні. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг. зображений загальний вигляд заявленого пристрою, де: 1 - реактор; 2 - судно; 3 - контур розхолоджування; 4, 15 - клапан з електромагнітним приводом; 5 - неповоротний клапан; 6 - проміжний теплообмінник розхолоджування з двофазними термосифонами; 7 - проміжний двофазний контур розхолоджування; 8 - забортний теплообмінник-конденсатор; 9 - забортна вигородка; 10 - внутрішній борт; 11 - зовнішній борт; 12 - повітряний трубопровід; 13-отвори; 14 - балон; 16, 17-шпігати. Система пасивного розхолоджування реактора 1, що знаходиться на судні 2, містить контур розхолоджування 3 з природною циркуляцією теплоносія, клапан 4 з електромагнітним приводом, неповоротний клапан 5, проміжний теплообмінник розхолоджування 6 з двофазними термосифонами, проміжний двофазний контур розхолоджування 7, забортний теплообмінник-конденсатор 8 у вигляді пучка вертикальних тр уб, розміщений у забортній вигородці 9 між внутрішнім бортом 10 і зовнішнім бортом 11, повітряний трубопровід 12 з отворами 13 для виходу повітря, що надходить з балона 14 через клапан 15 з електромагнітним приводом. Зовнішній борт 11 у районі забортної вигородки 9 має плигати 16 для входу забортної води у забортну вигородку 9 і шпігати 17 - для її ви ходу з вигородки. Для підвищення надійності відведення залишкових тепловиділень при аварії реактор розхолоджується в пасивному режимі без використання джерел електроенергії та участі екіпажу в керуванні аварійним процесом. Відведення теплоти відбувається за природної циркуляції теплоносіїв усіх контурів системи розхолоджування: першого контуру 3, двофазних термосифонів проміжного теплообмінника розхолоджування 6 і проміжного двофазного контуру розхолоджування 7. Неповоротний клапан 5 служить для запобігання перекидання природної циркуляції теплоносія першого контур у 3. Підвищення інтенсивності тепловіддачі від теплообмінника-конденсатора 8 забортній воді забезпечує потік газорідинних струменів ззовні його теплообмінної поверхні. Система працює таким чином. При виникненні на судні 2 аварійної ситуації з тривалою втратою електропостачання власних потреб спрацьовує аварійний захист реактора 1. При знеструмленні електромагнітних приводів клапани 4 і 15 відкриваються за рахунок дії пружин. Відведення залишкових тепловиділень реактора 1 здійснюється за природної циркуляції теплоносія першого контуру 3 через проміжний теплообмінник розхолоджування 6 з двофазними термосифонами і проміжний двофазний контур розхолоджування 7. Теплоносій проміжного двофазного контуру розхолоджування 7 випаровується в теплообміннику 6 і конденсується в забортному теплообміннику-конденсаторі 8 за рахунок охолодження забортною водою. Повітря, що надходить з балона 14 по трубопроводу 12 через отвори 13, виходить у забортний простір під забортним теплообмінником-конденсатором 8. Спливаючі уздовж зовнішньої поверхні труб теплообмінника-конденсатора 8 пухирці повітря, захоплюючи за собою рідину, утворюють газорідинні струмені, що інтенсифікують тепловіддачу забортній воді. Крім того, потік газорідинних стр уменів формує у забортної вигородці 8 необхідні умови для збільшення швидкості конвективного потоку забортної води уздовж теплообмінної поверхні забортнего теплообмінника-конденсатора 8. Заявлений пристрій, порівняно з прототипом відрізняється тим, що має низку переваг, а саме: 1) підвищену надійність за рахунок того, що: - запровадження в дію системи розхолоджування при аварії відбувається в пасивному режимі з подачею повітря в забортну вигородку від балона із запасом стисненого повітря при відкритті запірної арматури з електромагнітним приводом через знеструмлення; - відсутні постійно працюючі механічні пристрої, наприклад, насоси й компресори; - відведення залишкових тепловиділень здійснюється за природної циркуляції всіх робочих середовищ (рідких, паро- і газоподібних) в усі х контура х системи розхолоджування; 2) підвищену екологічну безпеку: - тому що між радіоактивним першим контуром і забортною водою розташовані два проміжних замкнутих контури теплоперенесення; - при інтенсифікації тепловіддачі організацією руху затоплених газорідинних стр уменів уздовж теплообмінної поверхні за допомогою подачі пухирців стисненого повітря негативного впливу на морські організми не виявляється; 3) підвищену економічність у зв'язку з тим, що витрати на одержання стисненого повітря і зберігання його в балонах істотно нижче витрат на забезпечення постійної роботи компресора; 4) знижені витрати на технічне обслуговування системи під час ремонтучерез її простоту й відсутність складних механічних пристроїв. Технічне рішення, пов'язане з використанням як джерела робочого середовища для інтенсифікації процесу тепловіддачі забортній воді балона з запасом стисненого повітря й запірного клапана з електромагнітним приводом з можливістю його пасивного відкриття при знеструмленні є істотним, тому що рішення, що заявляється, забезпечує появу нових, відмінних від прототипу властивостей: пасивності, підвищеної надійності, екологічної безпеки та економічності, а також зниження витрат на технічне й ремонтне обслуговування системи. Таким чином, пропоноване рішення має істотні відмінності, а скорочення складу обладнання системи розхолоджування, виключення витрат енергії на примусову циркуляцію робочих середовищ з можливістю запровадження в дію системи в пасивному режимі дозволяють досягти позитивного ефекту. Техніко-економічна ефективність пропонованої корисної моделі полягає в можливості істотного підвищення надійності відведення залишкових тепловиділень реактора в аварійній ситуації зі знеструмленням за рахунок організації пасивного запровадження в дію системи розхолоджування без використання джерел електроенергії тай участі екіпажу в керуванні аварійним процесом. Підвищення показників ефективності процесу розхолоджування за рахунок застосування інтенсифікації тепловіддачі забортній воді, економічності й екологічній безпеці, а також зниження витрат на ремонт забезпечують заявленій системі істотні переваги. Працездатність і ефективність пропонованої пасивної системи розхолоджування підтверджена експериментально. Експериментальна установка виготовлена в Севастопольському національному технічному університеті [Федоровский К.Ю., Свириденко И.И., Лисняк Ю.А., Ткач С.Н. и др. Теоретические основы создания высокоэффективных энергосберегающих экологически безопасных систем охлаждения тепловых и ядерных энергоустановок («Теплоотвод») / Отчет о НИР. Заключительный. Инв. №0102U006243. Севастополь: Сев-НТУ.-2002.-64с]. Експериментальні дослідження режимів введення в роботу системи пасивного розхолоджування показали, що вона забезпечує надійне й ефективне розхолоджування. Реалізація пасивного відведення залишкових тепловиділень дозволить екіпажу аварійного судна, не відволікаючи на керування аварійним процесом розхолоджування, повністю зосередитися на виконанні своїх обов'язків щодо локалізації аварії або усунення ушкодження, забезпечуючи при цьому екологічну безпеку.