Корпус ядерної енергетичної установки

1. Корпус ядерної енергетичної установки, що включає блок ядерного палива у вигляді вертикальної циліндричної місткості і герметично сполучену з нею кришку, а також вхідний і вихідний патрубки для подачі теплоносія всередину місткості, який відрізняється тим, що корпус виконаний принаймні з двох оболонок, між якими розташований зазор, що утворює порожнину для подачі під тиском середовища, протидіючого тиску теплоносія на внутрішню оболонку корпусу, кришка виконана у вигляді горизонтально розташованої циліндричної місткості, утворюючи блок теплоносія, вхідній і вихідний патрубки приєднані до блока теплоносія, причому між вхідним і вихідним патрубками розміщена діафрагма, що розділяє циліндричну місткість блока теплоносія на дві порожнини, які сполучені між собою через отвори, C2 2 (19) 1 3 82668 рстко кріпиться кришка корпусу. Для забезпечення надійності і безпеки експлуатації реактора, корпус ВВРТ виготовляється з товстого шар у (товщиною до 120-140мм) високоміцної низьколегованої вуглецевої сталі, по всій внутрішній частині циліндричної місткості і кришки здійснюється неіржавіюче наплавлення товщиною до 20мм. Недоліком відомої конструкції корпусу, вибраної у якості прототипу, є те, що при тривалої експлуатації під впливом перепаду температур, тиску і нейтронного випромінювання в товщі металу відбувається поступова його реструктуризація з утворенням монокристалічних доменів і появою мікротріщин між доменами, в результаті чого знижується надійність, збільшується вірогідність його руйнування, скорочується термін експлуатації. Задачею, поставленою в основу даного винаходу, є розробка конструкції корпусу ядерної енергетичної установки, що забезпечує його надійну і безаварійну експлуатацію протягом довгого часу, а також мінімізацію аварійних наслідків у разі виникнення нештатних ситуацій. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в корпусі ядерної енергетичної установки, який включає блок ядерного палива у вигляді вертикальної циліндричної місткості і герметично сполучену з нею кришку, а також вхідний і вихідний патрубки для подачі теплоносія всередину місткості, згідно винаходу корпус виконаний принаймні з двох оболонок, між якими розташований зазор, утворюючий порожнину для подачі під тиском середовища, що протидіє тиску теплоносія на внутрішню оболонку корпусу. Рішення поставленої задачі досягається також тим, що порожнини між оболонками циліндричної місткості і кришки сполучені поміж собою через співвісно розміщені отвори, у якості протидіючого середовища використана вода та/або водяний пар, а також і тим, що корпус виконаний із трьох оболонок, причому середня оболонка блока ядерного палива жорстко сполучена з його зовнішньою оболонкою за допомогою перфорованої обичайки. Рішення поставленої задачі досягається також і тим, що кришка виконана у виді горизонтально розташованої циліндричної місткості, утворюючи блок теплоносія, вхідній та вихідний патрубки приєднані до блоку теплоносія, причому між вхідним і вихідним патрубками розміщена діафрагма, що розділяє циліндричну місткість блока теплоносія на дві порожнини, які сполучені поміж собою через отвори, що розташовані на периферії діафрагми між вхідним і вихідним патрубками, при цьому блок теплоносія оснащений чотирма попарно оппозитно розташованими вхідними патрубками та розміщеними над ними вихідними патрубками, а сумарна площа отворів діафрагми дорівнює сумарній площі отворів вихідних патрубків. Суттєвими відмітними ознаками пропонованого винаходу, які визначають досягнення необхідного те хнічного результату (підвищення надійності і безпеки ядерного реактора) є виконання корпусу принаймні з двох оболонок, поміж якими розташований зазор, що утворює порожнину для подачі під тиском середовища, який протидіє тиску теплоно 4 сія на внутрішню оболонку корпусу, що дозволяє знизити тиск та різницю температур, які діють на оболонки корпусу (насамперед на внутрішню, яка знаходиться у найбільш складних умовах), підвищити його надійність і термін експлуатації, та дає всі підстави віднести ці ознаки загального обсягу патентних домагань, що заявляються, до категорії істотних. Виготовлення корпусу ядерної енергетичної установки з трьох оболонок підвищує його захисні властивості, а кріплення середньої оболонки блока ядерного палива до його зовнішньої оболонки за допомогою перфорованої обичайки збільшує міцність конструкції. Формування в об'ємі корпусу окремо виділеного блока теплоносія шляхом виконання кришки у вигляді горизонтально розташованої циліндричної місткості дозволяє частково розмежувати процеси, які відбуваються в реакторі та розмістити значну масу теплоносія над блоком ядерного палива, зменшуючи тим самим наслідки аварії у разі розгерметизації першого контуру. Підключення вхідних і ви ходів патрубків до блоку теплоносія, введення в його об'єм діафрагми з отворами, розташованими на її периферії між вхідними і вихідними патрубками, причому сумарна площа отворів дорівнює сумарній площі отворів вихідних патрубків, дозволяє розділити циліндричну місткість блока теплоносія на дві сполучені поміж собою порожнини та зменшити таким чином наслідки аварій в найбільш небезпечних (хоч і маловірогідних) випадках зриву навіть декількох вхідних патрубків, що додатково підвищує надійність корпусу. Тому усі ці ознаки віднесені до категорії залежних. Технічне рішення, що пропонується пояснюється кресленнями: Фіг.1 - корпус ядерного реактора в зібраному стані (вигляд збоку). Фіг.2 - блок ядерного палива (вигляд збоку). Фіг.3 - блок ядерного палива (вигляд зверху). Фіг.4 - блок теплоносія (вигляд збоку). Фіг.5 - блок теплоносія (вигляд зверху). Конструктивно корпус складається з блока ядерного палива 1, що являє собою вертикальну циліндричну місткість із сферичним днищем, який у свою чергу виконаний з двох роз'ємних елементів - вн утрішньої оболонки 2 з фланцем 3 у верхній її частині та зовнішнього стакана 4, з фланцем 5. Стінки стакана 4 утворюють середню 6 і зовнішню 7 оболонки, між якими знаходиться зовнішня порожнина 8. При вставлянні внутрішньої оболонки 2 в зовнішній стакан 4 між ними виникає зазор, утворюючи внутрішню порожнину 9. У верхній частині фланців 3 і 5 виконані отвори 10 для подачі всередину порожнин 8 і 9 протидіючого середовища (води або пару). Блок ядерного палива герметично сполучений по типу шип-паз з блоком теплоносія 11 з невеликим (в межах 1°) ущільнюючим ухилом в подовжньому напрямі. Корпус блока теплоносія 11 виконаний з трьох оболонок: внутрішньої 12, середньої 13 і зовнішньої 14, між якими є зазори, що утворюють вн утрішню 15 та зовнішню 16 порожнини, які у свою чергу через отвори (на кресленні не показані) на фланці 17 блока теплоносія 11, що співвісно розміщені з отворами 10, з'єднуються з порожнинами 8 і 9 блока ядерного палива 1. Се 5 82668 редня 6 оболонка блока ядерного палива 1 жорстко сполучена з його зовнішньою 7 оболонкою за допомогою перфорованої обичайки 18. У верхній частині блока теплоносія є патрубки 19 і 20 для підключення протидіючого середовища до внутрішніх 8 і 15 та зовнішніх 9 і 16 порожнин. Блок теплоносія оснащений чотирма попарно оппозитно розташованими вхідними 21 патрубками та розміщеними над ними вихідними 22 патрубками, поміж якими розміщена діафрагма 23, яка розділяє циліндричну місткість блока теплоносія 11 на дві порожнини, що сполучені між собою через отвори 24, причому сумарна площа отворів 24 рівна сумарній площі отворів вихідних 22 патрубків. Блок ядерного палива та блок теплоносія зовні охоплені відповідно захисними кожухами 25 та 26. Корпус ядерного реактора працює таким чином. Теплоносій, поступаючи в нижню порожнину блока теплоносія 11 через вхідні 21 патрубки, проходить уздовж стінок блока ядерного палива 1 до його днища, а потім, рухаючись вгору по каналам активної зони (не показана), охолоджує її в режимі природної циркуляції та потрапляє у верхню порожнину блока теплоносія 11, після чого через вихідні 22 патрубки прямує до парогенераторів (не показані). Для створення протидіючого тиску середовища частина води першого контуру через відповідні імпульсні клапани (не показані) подається через патрубки 19 і 20 до внутрішньої та зовнішньої порожнин блока ядерного палива і блока теплоносія. Імпульсний клапан являє собою регульований пристрій будь-якої відомої конструкції, що забезпечує підтримку необхідного протидіючого тиску водного та/або парового середовища: при тиску теплоносія в блоці ядерного палива 15МПа, тиск у внутрішніх порожнинах 8 і 15 складає 5-7МПа, в зовнішніх порожнинах 9 і 16 - (2-3)МПа, поетапно знижуючи таким чином тиск на оболонки корпусу. При виникненні аварійної ситуації - зрив під дією 6 високого тиску одного або декількох (найбільш небезпечна ситуація) вхідних патрубків 21, (коли теплоносій при температурі 300°С виривається у вигляді перегрітого пару назовні) частина води з верхньої порожнини блока теплоносія через отвори 24 діафрагми 23 проникають в нижню порожнину, а звідти в блок ядерного палива, частково компенсуючи викид води, запобігаючи таким чином кризітепловіддачі і, як наслідок, руйнуванню активної зони та взаємодії кориума з днищем блока ядерного палива. Дане технічне рішення дозволяє зменшити товщин у стінок корпусу, розділивши їх на декілька оболонок, а це, у свою чергу, дозволяє понизити вимоги до матеріалу корпуса. Технічне рішення, що заявляється, може бути реалізовано на стандартному технологічному обладнанні машинобудівного виробництва. Список літератури, взятої до уваги при підготовці заявки: 1. Конструирование ядерных реакторов", И.Я. Емельянов и др., Москва, Энергоиздат, 1982г. (прототип). 2. АС СРСР 463376, кл. G21С13/08, публ. 23.04.83р. 3. Патент Російської Федерації на винахід №2056652, кл. G21С9/00, публ. 20.03.96р. 4. Деклараційний патент України на винахід №33326А, кл. G21С9/016, публ. 15.02.2001р. 5. Патент Російської Федерації на винахід №2148863, кл. G21С9/00, публ. 10.05.2000р. 6. Патент Російської Федерації на винахід №2139580, кл. G21С1/32, публ. 10.10.99р. 7. Патент Російської Федерації на винахід №2200990, кл. G21С9/012, публ. 10.03.2003р. 8. Заявка на патент Російської Федерації на винахід №98114939, кл. G21С9/00, публ. 27.04.2000р. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 82668 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601