Теплогідравлічна система охолодження ядерного реактора бульбашковою пароводяною сумішшю

Винахід відноситься до галузі ядерної енергетики і може бути використаний в парогенераторобудуванні. Відома теплогідравлічна система охолодження ядерного реактора (ТСОЯР) з пароводяною сумішшю краплинної структури - патент США № 3425904, н.кл. 176-40, 1969 р., яка містить змішувальний пристрій для приготування пароводяної суміші краплинної структури, тепловиділяючі зборки (ТВЕЛ), які утворюють активну зону реактора до змішувача, паровий компресор, який подає пару із реактора до змішувача, паровий тракт, який з'єднує ви хід реактора по парі зі входом змішувального пристрою, трубопровід підводу циркуляційної води до змішувача (яка прийнята як аналог). Відома ТСОЯР з пароводяною сумішшю краплинної структури [А.С. СССР № 862720, МПК G21 1/02], що відрізняється від аналога тільки змішувальним пристроєм, який забезпечує одержання дрібнодисперсної пароводяної суміші краплинної структури. Спільними недоліками аналога і прототипу ТСОЯР є: - використання пароводяної суміші краплинної структури (розпиленої води з парою) для охолодження активної зони реактора, яка не забезпечує ефективне охолодження оболонок ТВЕЛ по всій їх протяжності; - зміна об'ємного паровмісту в активній зоні реактора при змінному його навантаженні, що приводить до більш глибокого провалу реактивності і як наслідок - підвищених витрат ядерного палива; - зниження регулювального діапазону реактора; не забезпечується підтримання допустимого граничного паровмісту, що може супроводжуватися кризовими явищами теплообміну з перепалом оболонок ТВЕЛ. В основу винаходу поставлена задача удосконалення теплогідравлічної системи охолодження активної зони реактора шляхом додаткового встановлення вихрового змішувального пристрою - ежектора на днищі кожної секції реактора з підводом пари до змішувача від барабану парогенератора і регулювання об'ємного паровмісту в активній зоні реактора при зміні навантаження, завдяки чому досягається ефективне охолодження активної зони ядерного реактора і зменшуються витрати ядерного палива. Поставлена задача вирішується тим що, в ТСОЯР яка складається із змішувальних пристроїв для приготування пароводяної суміші краплинної структури, які встановлені в касетах ТВЄЛ, пародувки парового тракту між виходом реактору по парі і входом змішувачів, тр убопроводу підводу циркуляційної води до змішувачів, касет зборок ТВЕЛ активної зони реактору, згідно винаходу на днище кожної секції реактора додатково встановлений вихровий змішувач-ежектор, а між барабаном парогенератора і змішувачем розміщений паропровід з паровим клапаном. Ефективне охолодження активної зони реактора досягається внаслідок стійкого бульбашкового режиму теплообміну в активній зоні реактора, підтримання постійного парозбереження в активній зоні реактора при зміні навантаження шляхом зменшення (збільшення) тиску в барабані парогенератора паровим клапаном, забезпечується одержання вологої пари на виході з реактора потрібного паровмісту, що виключає перевищення допустимого граничного паровмісту і можливості виникнення криз теплообміну з перепалом оболонок реактора ТВЕЛ, зменшуючи при цьому провал реактивності в активній зоні реактора, підвищуючи цим ступінь вигорання ядерного палива і регулювальний діапазон реактора (2). На Фіг.1 наведена структурна схема системи охолодження активної зони реактора (ТСОЯР) для двоконтурної ядерної енергетичної установки (ЯЄУ), яка заявляється. ТСОЯР складається з вихрового змішувача-ежектора 1, встановленого у днищі секції реактора 2, паропроводу 5, який з’єднує барабан парогенератора з змішувачем 1 парового клапану 6, який регулює тиск в барабані, касети зборок ТВЕЛ 7, які створюють активну зону реактора, зв’язаного своїм входом з камерою 3, паропроводу 8, який підводить пару з реактора до парогенератора 4 і трубопроводу підводу води 9 від гідроакумулятора 10 до змішувача 1. На Фіг.2 наведений в перерізі пристрій вихрового змішувача для приготування пароводяної бульбашкової структури ї подачі її в активну зону реактора. Змішувач складається з вихрової камери 1, камери високого тиску 2, тангенціальних сопел робочої води 3, виконаних у стінці вихрової камери, патрубка підводу води 4, парового сопла ежектованої пари 5, розкруточного дифузору 6, патр убка підводу пари 7. Робота ТСОЯР в двоконтурній ЯЕУ полягає в наступному: Вода з гідроакумулятора 10 (Фіг.1) живильним насосом підводиться в вихрову камеру через тангенціальні сопла 3, які створюють у ній інтенсивні закручені течії зі зниженим тиском в пристінний зоні, в яку через сопло 5 підсмоктується пара що ежектується з барабану парогенератора 5 (Фіг.1). У ви хровій камері проходить змішування пари, що ежектується з диспергованою водою і створення дрібнодисперсної бульбашкової пароводяної суміші, яка надходить під тиском в технологічні канали ТВЕЛ, які розміщені в секції активної зони реактора, охолоджуючи оболонки ТВЕЛ; волога пара, яка утворилася в технологічних каналах ТВЕЛ, на виході з активної зони реактора надходить по паропроводу 8 у парогенератор 4 (Фіг.1), в якому формується вторинна пара, частина якої відбирається до вихрового змішувача по паропроводу 9, а решта надходить до паротурбінної установки. Сконденсована первинна пара надходить в гідроакумулятор. Приклад виконання теплогідравлічної системи охолодження реактора бульбашковою пароводяною сумішшю наведений на Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3, опис якої наведений вище. Одержана ТСОЯР з орієнтацією на параметри реактора ВВВЕР-440, має наступні теплофізичні характеристики: тиск пари на виході з реактора - 120 бар, температура оболонок тепловидільних елементів - 370°С. Число комплектів ТВЕЛ в активній зоні реактора складає 370, один комплект складає 50 ТВЕЛ. В одній секції реактора - 185 комплектів. Паровміст бульбашкової пароводяної суміші на вході в активну зону знаходиться у межах х=0,3-0,4. Конструктивні розміри вихрового змішувача для секції реактора одержані для витрат конденсату на одну секцію Gk=420кг/сек при тиску пари Р=120 бар і температурі конденсату t=300°С. Вагові витрати бульбашкової пароводяної суміші на одну секцію дорівнює 925 кг/Gcм=925 кг/сек. Діаметр змішувальної камери вихрового змішувача D=1,14 м. На Фіг.4 наведений знімок структури бульбашкової пароводяної суміші, одержаної на модельному вихровому змішувачі. Таким чином, дане технічне рішення - виконання теплогідравлічної системи охолодження ядерного реактора бульбашковою пароводяною сумішшю в двоконтурній ядерній енергоустановці забезпечує ефективне охолодження активної зони ядерного реактора завдяки стійкому бульбашковому режиму теплообміну в активній зоні; підтримання постійного об’ємного паровмісту в активній зоні реактора при зміні навантаження, що зменшує провал реактивності і витрати ядерного палива, збільшуючи цим регулювальний діапазон потужності реактора; усуває можливість виникнення криз теплообміну в активній зоні реактора і пов’язаних з цим перепалом оболонок; підвищує однорідність бульбашкової пароводяної суміші на вході в активну зону внаслідок підготовки суміші на всю секцію активної зони і цим сприяє підвищенню ефективності теплообміну в активній зоні реактора, спрощує конструктивний пристрій системи підготовки пароводяної суміші з меншою металомісткістю.