Система пасивного розхолоджування

Система пасивного розхолоджування суднового ядерного реактора, що включає контур природної циркуляції теплоносія, проміжний теплообмінник розхолоджування з двофазними термосифонами, проміжний двофазний контур розхолоджування, з'єднаний із забортним теплообмінником-конденсатором, теплопередавальна поверхня якого виконана у вигляді вертикального пучка труб, розташованих у вигородці між зовнішнім і внутрішнім бортами судна, і систему подачі стиснутого повітря у забортну вигородку в нижню частину міжтрубного простору теплообмінникаконденсатора, яка відрізняється тим, що система подачі стиснутого повітря додатково містить балон із запасом стиснутого повітря і запірний клапан з електромагнітним приводом з можливістю його самостійного відкриття при знеструмленні. Винахід належить до суднобудування, 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 A.A., Пучков В.Н. Физические основи эксплуатации ядерних 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 теплообмінником-конденсатором [Свириденко И.И. Аналитическое исследование процессов теплопереноса в сопряженной системе теплосъема на основе двухфазних термосифонов //В сб. научн. трудов 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, отже, погіршенням масогабаритних характеристик теплообмінного обладнання системи розхолоджування. Найбільш близьким за сукупністю істотних ознак узятого як прототип даного винаходу є сис (19) UA (11) 83019 (13) C2 (21) a200506058 (22) 21.06.2005 (46) 10.06.2008, Бюл.№ 11, 2008 р. (72) СВИРИДЕНКО ІГОР ІВАНОВИЧ, UA, ТКАЧ СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA (73) СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) SU, а.с. №1799814, B63H21/14, публ. 07.03.1993. RU, патент №95116339, G21C15/18, публ. 27.12.1997. US, патент №5329564, G21C15/18, публ. 12.07.1994. US, патент №4587079, G21C15/18, публ. 06.05.1986. JP, патент №3274493, G21C15/18, F02B3/06, публ. 05.12.1991. 3 83019 4 тема охолодження силової установки плавзасобу 7 - проміжний двофазний контур розхолоджу[A.c. СССР №1799814, Б.И. №9, 1993]. Система вання; містить у собі забортний теплообмінник, у нижній 8 - забортний теплообмінник-конденсатор; частині якого уздовж його теплообмінних повер9 - забортна вигородка; хонь встановлені в забортному просторі перфоро10 - внутрішній борт; вані газові колектори, сполучені трубопроводом з 11 - зовнішній борт; газоперекачувальним пристроєм - судновим комп12 - повітряний трубопровід; ресором. Особливістю системи є інтенсифікація 13 - отвори; тепловіддачі від теплообмінника забортній воді за 14 - балон; рахунок впливу на теплообмінні поверхні газорі15 - клапан з електромагнітним приводом; динних струменів, що виникають при виході з газо16, 17 -шпігати; вого колектора пухирців стисненого повітря. Під18 - неповоротний клапан. вищення інтенсивності тепловіддачі забортній воді Система пасивного розхолоджування реактовідбувається за рахунок інтенсивного руйнування ра 1, що знаходиться на судні 2, містить контур примежового шару уздовж зовнішньої теплообмінрозхолоджування 3 з природною циркуляцією тепної поверхні газорідинним струменем. Прототип лоносія, клапани 4 з електромагнітним приводом, має низку істотних недоліків, а саме: неповоротний клапан 5, проміжний теплообмінник - Низьку надійність, пов'язану з використанням розхолоджування 6 з двофазними термосифонапримусової циркуляції замкнутого контуру охоломи, проміжний двофазний контур розхолоджувандження за рахунок постійної роботи насосів, і приня 7, забортний теплообмінник-конденсатор 8 у мусовою подачею стисненого повітря в газові ковигляді пучка вертикальних труб, розміщений у лектори за допомогою постійно працюючого забортній вигородці 9 між внутрішнім бортом 10 і компресора. Крім того, розгерметизація забортнозовнішнім бортом 11, повітряний трубопровід 12 з го теплообмінника через можливу течу призводить отворами 13 для виходу повітря, що надходить з до порушення умов функціонування замкнутого балона 14 через клапан 15 з електромагнітним контуру охолодження. приводом. Зовнішній борт 11 у районі вигородки 9 - Низьку економічність у зв'язку з додатковими має шпігати 16 для входу забортної води у вигоенерговитратами на власні потреби, необхідними родку 8 і 17 - для її виходу з вигородки. для забезпечення постійної роботи насоса й компДля підвищення надійності відведення залишресора. кових тепловиділень при аварії реактор розхоло- Складність за наявністю обертових механічджується в пасивному режимі без використання них пристроїв, таких як насос і компресор. джерел електроенергії та участі екіпажу. ВідвеВ основу винаходу поставлене завдання роздення теплоти відбувається за природної циркуробки системи пасивного розхолоджування судноляції теплоносіїв усіх контурів системи розхолового ядерного реактора з можливістю введення її в джування: першого контуру 3, двофазних дію за аварійної ситуації без джерел енергії й учатермосифонів теплообмінника розхолоджування 6 сті екіпажу, із забезпеченням надійного відведення і проміжного двофазного контуру розхолоджуванзалишкових тепловиділень реактора забортній ня 7. Неповоротний клапан 5 служить для запобіводі за умови тривалої втрати електропостачання гання перекидання природної циркуляції теплоновласних потреб. сія першого контуру 3. Підвищення інтенсивності Розв'язання поставленого завдання досягатепловіддачі від теплообмінника-конденсатора 8 ється тим, що для введення системи розхолоджузабортній воді забезпечує потік газорідинних вання в дію використовується запірна арматура з струменів ззовні його теплообмінної поверхні. електромагнітними приводами, що у режимі «очіСистема працює таким чином. При виникненні кування» знаходиться в закритому положенні, а на судні 2 аварійної ситуації з тривалою втратою при знеструмленні відкривається самостійно. Для електропостачання власних потреб спрацьовує підвищення ефективності тепловіддачі від теплоаварійний захист реактора 1. При знеструмленні обмінника-конденсатора забортній воді використоелектромагнітних приводів клапани 4 і 15 відкривується подача повітря у забортну вигородку в ваються. Відведення залишкових тепловиділень нижню частину міжтрубного простору теплообмінреактора 1 здійснюється за природної циркуляції ника-конденсатора. Джерелом повітря за аварійної теплоносія першого контуру 3 через проміжний ситуації є балон із запасом стисненого повітря, теплообмінник розхолоджування 6 з двофазними з'єднаний із забортною вигородкою трубопровотермосифонами і проміжний двофазний контур дом, на якому встановлений клапан з електромагрозхолоджування 7. Теплоносій проміжного двонітним приводом. фазного контуру розхолоджування 7 випаровуєтьСутність винаходу пояснюється кресленнями. ся в теплообміннику 6 і конденсується в теплообНа Фіг. зображений загальний вигляд заявленого міннику-конденсаторі 8 за рахунок охолодження пристрою, де: забортною водою. Повітря, що надходить з балона 1 - реактор; 14 по трубопроводу 12 через отвори 13, виходить 2 - судно; у забортний простір під теплообмінником 8. Спли3 - контур розхолоджування; ваючі уздовж зовнішньої поверхні труб теплооб4 - клапан з електромагнітним приводом; мінника-конденсатора 7 пухирці повітря, захоплю5 - неповоротний клапан; ючи за собою рідину, утворюють газорідинні 6 - проміжний теплообмінник розхолоджування струмені, що інтенсифікують тепловіддачу забортз двофазними термосифонами; ній воді. Крім того, потік газорідинних струменів формує у вигородці 8 необхідні умови для збіль 5 83019 6 шення швидкості конвективного потоку забортної економічності, а також зниження витрат на технічводи уздовж теплообмінної поверхні теплообмінне й ремонтне обслуговування системи. ника 8. Таким чином, пропоноване рішення має істотні Заявлений пристрій, порівняно з прототипом відмінності, а скорочення складу обладнання сисвідрізняється тим, що має низку переваг, а саме: теми розхолоджування, виключення витрат енергії 1) підвищену надійність за рахунок того, що: на примусову циркуляцію робочих середовищ з - запровадження в дію системи розхолоджуможливістю запровадження в дію системи в пасивання при аварії відбувається в пасивному режимі вному режимі дозволяють досягти позитивного за рахунок подачі повітря в забортну вигородку від ефекту. балона із запасом стисненого повітря при відкритті Техніко-економічна ефективність пропоновазапірної арматури з електромагнітним приводом ного винаходу полягає в можливості істотного підчерез знеструмлення; вищення надійності відведення залишкових теп- відсутні постійно працюючі механічні приловиділень реактора в аварійній ситуації зі строї, наприклад, насоси й компресори; знеструмленням за рахунок організації пасивного - відведення залишкових тепловиділень здійсзапровадження в дію системи розхолоджування нюється за природної циркуляції всіх робочих себез використання джерел електроенергії та участі редовищ (рідких, паро- і газоподібних) в усіх конекіпажу в керуванні аварійним процесом. Підвитурах системи розхолоджування; щення показників ефективності процесу розхоло2) підвищену екологічну безпеку: джування за рахунок застосування інтенсифікації - тому що між радіоактивним першим контуром тепловіддачі забортній воді, економічності й екоі забортною водою розташовані два проміжних логічній безпеці, а також зниження витрат на резамкнутих контури теплоперенесення; монт забезпечують заявленій системі істотні пере- при інтенсифікації тепловіддачі організацією ваги. Працездатність і ефективність пропонованої руху затоплених газорідинних струменів уздовж пасивної системи розхолоджування підтверджена теплообмінної поверхні за допомогою подачі пухиекспериментально. Експериментальна установка рців стисненого повітря негативного впливу на виготовлена в Севастопольському національному морські організми не виявляється; технічному університеті [Федоровский К.Ю., Сви3) підвищену економічність у зв'язку з тим, що риденко И.И., Лисняк Ю.А., Ткач С.Н. и др. Теоревитрати на одержання стисненого повітря і зберітические основы создания высокоэффективных гання його в балонах істотно нижче витрат на заэнергосберегающих экологически безопасных сисбезпечення постійної роботи компресора; тем охлаждения тепловых и ядерных энергоуста4) знижені витрати на технічне обслуговування новок («Теплоотвод») /Отчет о НИР. Заключитесистеми під час ремонту через її простоту й відсульный. Инв. №0102U006243. - Севастополь: тність складних механічних пристроїв. СевНТУ.-2002.-64с.]. Технічне рішення, пов'язане з використанням Експериментальні дослідження режимів ввеяк джерела робочого середовища для інтенсифідення в роботу системи пасивного розхолоджукації процесу тепловіддачі забортній воді балона з вання показали, що вона забезпечує надійне й запасом стисненого повітря й запірного клапана з ефективне розхолоджування. Реалізація пасивноелектромагнітним приводом з можливістю його го відведення залишкових тепловиділень дозвосамостійного відкриття при знеструмленні є істотлить екіпажу аварійного судна повністю зосерединим, тому що рішення, що заявляється забезпечує тися на виконанні своїх обов'язків щодо локалізації появу нових, відмінних від прототипу властивосможливої аварії або усунення ушкодження, забезтей: підвищеної надійності, екологічної безпеки та печуючи при цьому екологічну безпеку. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 83019 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601