Система сброса давления для установок, работающих с паром под давлением

 

Использование: в ядерных реакторах с водяным охлаждением. Сброс давления в установке осуществляется путем нагнетания в установку большого количества холодной воды под давлением, которая конденсирует имеющийся пар и снижает температуру. Технический результат заключается в том, что система имеет простую конструкцию и функционирует полностью пассивно. Резервуар с холодной водой расположен выше установки и соединен с ней подающей магистралью, образующей сифон. Магистраль соединена с узкой частью эжектора, в который, в случае аварийной ситуации, поступает пар из конденсатора. Поступление пара вызывает падение давления в эжекторе, что приводит к затягиванию холодной воды из резервуара через сифон и обеспечивает поступление холодной воды в установку под давлением. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к системе для сброса давления в установках, работающих с паром под давлением.

Система представляет собой систему такого типа, в которой холодная вода, содержащаяся в резервуаре на большей высоте, чем установка под давлением, вводится под действием силы тяжести.

Известно, что система такого типа используется для обеспечения максимальной безопасности в случае аварийной ситуации на установке под давлением, которая требует немедленного сброса давления в самой установке.

Типовая область применения - это ядерные реакторы с водяным охлаждением, для которых разработки более совершенных мер безопасности представляют собой основную часть любой программы развития.

Сброс давления включает нагнетание в установку под давлением большого количества холодной воды, которая конденсирует имеющийся пар и снижает температуру с последующим падением внутреннего давления.

Таким образом, после такого сброса давления можно вводить в действие дополнительные системы для смягчения последствий аварийной ситуации.

Тем не менее система сброса давления должна приводиться в действие безотказно.

Подобный отказ мог бы иметь разрушительные последствия и приводил бы к тому, что дополнительные системы, предназначенные для смягчения последствий аварийной ситуации, были бы неэффективны.

Известны системы сброса давления, которые функционируют за счет нагнетания охлаждающей жидкости под действием силы тяжести.

Однако такое нагнетание инициируется за счет использования автоматических логических разрешающих сигналов от систем управления или подаваемых вручную операторами. Следовательно, в этом случае требуется введение (в систему) соответствующих исполнительных элементов, таких, как клапаны.

Однако необходимость в разрешающем сигнале сама по себе влечет вероятность отказа.

Кроме того, для начала нагнетания требуется наличие внешних источников энергии. Это обстоятельство также приводит к вероятности отказа.

И в завершение, вероятность отказа также связана с наличием самих исполнительных механизмов.

По этим причинам последние разработки в области конструирования ядерных установок были направлены на создание пассивных систем обеспечения безопасности.

Такие системы могут выполнять функции, для которых они предназначены только на основе физических законов за счет соответствующей конструкции, работа которой базируется на механических принципах.

Техническая задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в разработке системы сброса давления для установок под давлением, которая устранила бы вышеуказанные проблемы, присущие системам по предшествующему техническому уровню, и вместе с тем удовлетворяла бы вышеуказанному требованию.

Данная задача в соответствии с изобретением решается за счет разработки системы сброса давления для установок, работающих с паром под давлением и имеющих верхнюю часть, предназначенную для пара, причем сброс давления осуществляется путем нагнетания холодной воды под действием силы тяжести из резервуара, расположенного по высоте выше, чем установка под давлением, и имеющего подающую магистраль для подачи воды к установке под давлением, отличающейся тем, что система сброса давления включает эжектор, который имеет входную часть, выходную часть и узкую часть, конденсатор, который имеет вход и выход, первую соединительную магистраль, которая соединяет резервуар с верхней предназначенной для пара частью, вторую соединительную магистраль, которая соединяет входную часть эжектора с верхней предназначенной для пара частью, третью соединительную магистраль, которая соединяет выходную часть эжектора с входом конденсатора, первую нагнетательную магистраль, которая соединяет выход конденсатора с установкой под давлением, и тем, что подающая магистраль образует сифон, причем резервуар сообщается с установкой под давлением через подающую магистраль и через суженную часть эжектора.

Главное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что система функционирует пассивно только на основе физических законов и только за счет своих конструктивных признаков.

Следующее преимущество заключается в том, что реализация изобретения требует сборки элементов, конструкция которых проста.

Следующее преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно приспособлено для широкого ряда установок под давлением, включая любой тип ядерного реактора кипящий или с водой под давлением.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут более ясными из описания одного варианта исполнения системы сброса давления для установок под давлением, применяемой для легководного ядерного реактора, причем это описание приводится ниже со ссылкой на приложенные графические материалы и дано в виде неограничивающего примера.

В данных графических материалах фиг. 1 схематично показывает вариант исполнения системы сброса давления для установок под давлением в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 2 представляет собой схематичное изображение другого варианта исполнения системы сброса давления по изобретению; фиг. 3 представляет собой схематичное изображение еще одного варианта исполнения системы сброса давления по изобретению.

В графических материалах система сброса давления для установок под давлением в целом обозначена поз. 1.

В данном варианте исполнения установка под давлением представляет собой ядерный реактор, который полностью не показан, хотя элементы, взаимодействующие с системой 1 сброса давления, в графических материалах изображены.

Система 1 включает резервуар 2, заполненный до уровня 3 холодной водой, которая в предпочтительном варианте исполнения изобретения содержит в растворе элемент для ингибирования ядерной реакции деления, такой, как бор.

Уровень 3 делит резервуар 2 на верхнюю часть 4 и нижнюю часть 5.

Система 1 сброса давления также включает эжектор 6 и конденсатор 7.

Эжектор 6 имеет входную часть 8, выходную часть 9 и суженную часть 10.

Конденсатор 7, предпочтительно с прямолинейными трубами 20, имеет вход 11 и выход 12.

Ядерный реактор содержит компенсатор 13 давления, наполненный горячей водой 14 до уровня 15 и имеющий верхнюю часть 16, предназначенную для пара, над горячей водой 14.

Резервуар 2 расположен выше по отношению ко всему компенсатору 13 давления и выше эжектора 6, который, в свою очередь, расположен выше уровня 15 горячей воды 14 в компенсаторе 13 давления, в то время как конденсатор 7 расположен ниже уровня 15.

Ядерный реактор также имеет первый контур, горячий участок которого в графических материалах обозначен поз. 17.

Верхняя часть 16, предназначенная для пара, сообщается с верхней частью 4 резервуара 2 через первую соединительную магистраль 18.

В результате резервуар 2 и компенсатор 13 давления находятся под одним и тем же давлением.

Вторая соединительная магистраль 20 ответвляется от первой соединительной магистрали 18 и подсоединена к входной части 8 эжектора 6.

Выходная часть 9 эжектора 6 сообщается с входом 11 конденсатора 7 через третью соединительную магистраль 21, в то время как выход 12 сообщается с горячим участком 17 через первую нагнетающую магистраль 22, которая открывается в этот участок с помощью распылительной головки 23.

Объем горячей воды 14 в компенсаторе 13 давления сообщается через четвертую соединительную магистраль 19 с горячим участком 17 первого контура.

Результатом того, что конденсатор 7 находится ниже уровня 15 воды 14, содержащейся внутри компенсатора 13 давления, и того, что контур, образованный продолжением третьей соединительной магистрали 21, конденсатором 7, первой нагнетательной магистралью 22, горячим участком 17 и четвертой соединительной магистралью 19, открыт, является то, что конденсатор 7 полностью заполняется водой из компенсатора 13 давления, которая заполняет весь контур до точки в третьей соединительной магистрали 21, находящейся на той же высоте, что и уровень 15.

Нижняя часть 5 резервуара 2 соединена с суженной частью 10 эжектора 6 с помощью подающей магистрали 24, которая образует сифонный контур.

Подающая магистраль 24 фактически имеет поднимающийся участок 24а, верхний участок 24b и опускающийся участок 24с, который соединен с суженной частью 10.

Верхний участок 24b расположен выше резервуара 2, так что холодная вода, содержащаяся в резервуаре 2, заполняет подающую магистраль 24 до точки в поднимающемся участке 24а, расположенной на той же высоте, что и уровень 3.

На фиг. 1, в частности, можно видеть, что при снижении уровня 15 в компенсаторе 13 давления в результате аварийной ситуации, которая вызывает потерю воды в первом контуре, уровень воды в магистрали 21 также снижается так, что трубы 30 в конденсаторе 7 оказываются не покрытыми водой.

Когда это происходит, конденсатор 7 начинает конденсировать наполняющий его пар.

Этот процесс приводит к втягиванию пара из компенсатора 13 давления через первую соединительную магистраль 18, вторую соединительную магистраль 20, эжектор 6 и третью соединительную магистраль 21.

Проход пара через эжектор 6 вызывает падение давления в суженной части 10.

Это падение давления приводит к втягиванию пара из подающей магистрали 24 и, таким образом, также заставляет воду, содержащуюся в ней, подниматься в верхнюю часть 24b.

При достижении этой точки вода в резервуаре 2 нагнетается просто под действием силы тяжести через подающую магистраль 24, эжектор 6, третью соединительную магистраль 21, конденсатор 7 и первую нагнетательную магистраль 22 и затем распыляется из распылительной головки 23 в горячий участок 17 первого контура.

Следовательно, имеющийся пар быстро конденсируется и вызывает сброс давления в ядерном реакторе.

Тем не менее можно представить многочисленные варианты исполнения системы 1 сброса давления, раскрытой выше.

Как показывает, например, фиг. 2, вторая нагнетательная магистраль 25 ответвляется от третьей соединительной магистрали 21 и открывается в бак 26 высокого давления, который содержит топливные элементы ядерного реактора, образуя тем самым источник теплоты.

В этом варианте исполнения первая нагнетательная магистраль 22 также открывается в нижнюю часть бака 26 высокого давления.

В случае аварийной ситуации, которая вызывает необходимость быстрого сброса давления, система 1 функционирует аналогично тому, как было описано со ссылкой на фиг. 1.

Однако часть холодной воды, содержащейся в резервуаре 2, течет через конденсатор 7 и первую нагнетательную магистраль 22, а часть - течет через третью соединительную магистраль 21 ко второй нагнетательной магистрали 25.

Количество воды, которая течет через магистрали 22 и 25, может быть задано заранее путем выбора сечений магистралей 22 и 25.

В предпочтительном варианте исполнения вторая нагнетательная магистраль 25 заканчивается распылительной головкой 29, находящейся внутри бака 26 высокого давления.

Как показывает фиг. 3, третья нагнетательная магистраль 27 ответвляется от третьей соединительной магистрали 21 и содержит опускающийся участок 27а, нижний участок 27b и поднимающийся участок 27с.

Третья нагнетательная магистраль 27 открывается в верхнюю часть 16 компенсатора 13 давления, предназначенную для пара.

Участки 27а, 27b и 27с, будучи заполненными водой, образуют гидравлическое уплотнение.

Это предотвращает циркуляцию пара в третьей нагнетательной магистрали 27 в процессе запуска системы 1 сброса давления.

Когда холодная вода втягивается из резервуара 2, часть ее течет через конденсатор 7 и первую нагнетательную магистраль 22, а часть - через третью нагнетательную магистраль 27.

Как и в системе 1 сброса давления, описанной со ссылкой на фиг. 2, количество воды, которое протекает через магистрали 22 и 27, может быть задано заранее путем выбора сечений магистралей 22 и 27.

В предпочтительном варианте исполнения третья нагнетательная магистраль 27 заканчивается распылительной головкой 28.

Могут быть выполнены многочисленные варианты и модификации системы 1 сброса давления в соответствии с изобретением, причем все они лежат в рамках объема защиты идеи изобретения, определенной в нижеизложенных пунктах формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Система 1 сброса давления для установок, работающих с паром под давлением и имеющих верхнюю часть 16, предназначенную для пара, причем сброс давления осуществляется путем нагнетания холодной воды под действием силы тяжести из резервуара 2, расположенного по высоте выше, чем установка под давлением, и имеющего подающую магистраль 24 для подачи (воды) к установке под давлением, отличающаяся тем, что она включает эжектор 6, который имеет входную часть 8 выходную часть 9 и узкую часть 10, конденсатор 7 который имеет вход 11 и выход 12, первую соединительную магистраль 18 которая соединяет резервуар 2 с верхней частью 16, предназначенной для пара, вторую соединительную магистраль 20, которая соединяет входную часть 8 эжектора с верхней частью 16, предназначенной для пара, третью соединительную магистраль 21, которая соединяет выходную часть 9 с входом 11 конденсатора 7, первую нагнетательную магистраль 22, которая соединяет выход 12 конденсатора 7 с установкой под давлением, причем подающая магистраль 24 образует сифон 24а, 24b, 24с, резервуар 2 сообщается с установкой под давлением через подающую магистраль 24 и через суженную часть 10 эжектора 6.

2. Система 1 сброса давления по п.1, отличающаяся тем, что первая нагнетательная магистраль 22 заканчивается распылительной головкой 23.

3. Система 1 сброса давления по п.1, отличающаяся тем, что она включает вторую нагнетательную магистраль 25, которая ответвляется от третьей соединительной магистрали 21 и открывается в бак 26 высокого давления установки под давлением.

4. Система 1 сброса давления по п.3, отличающаяся тем, что вторая нагнетательная магистраль заканчивается распылительной головкой 29, находящейся внутри бака 26 высокого давления.

5. Система 1 сброса давления по п.1, отличающаяся тем, что она включает третью нагнетательную магистраль 27 которая ответвляется от третьей соединительной магистрали 21 и которая открывается в верхнюю часть 16 установки под давлением, предназначенную для пара, причем третья нагнетательная магистраль 27 имеет опускающийся участок 27а, нижний участок 27b и поднимающийся участок 27c.

6. Система 1 сброса давления по п.5, отличающаяся тем, что третья нагнетательная магистраль 27 заканчивается распылительной головкой 28, находящейся в пределах верхней части 16 предназначенной для пара.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3