Корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора

 

Использование: в ядерной технике. Корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора выполнен в виде силовой трубы, которая установлена в обечайку. Между трубой и обечайкой образован кольцевой зазор, который содержит теплоизолирующий пористый слой из материала с малым сечением поглощения нейтронов и герметично закрыт по торцам. Технический результат: уменьшение перетока тепловой энергии от пара, находящегося внутри силовой трубы, к воде, омывающей корпус снаружи, за счет увеличения термического сопротивления, т.е. улучшения термоизолирующего свойства корпуса пароперегревательного канала. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к корпусам пароперегревательных каналов кипящего водо-водяного ядерного реактора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненный в виде силовой трубы (Г.Н. Ушаков. Технологические каналы и тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. М.: Энергоиздат, 1981, с.109, рис.2.16).

Недостатком известного корпуса пароперегревательного канала является его нагрев паром, находящимся внутри силовой трубы, что может привести к закипанию теплоносителя, омывающего наружные стенки силовой трубы, в случае, когда температура пара превысит температуру насыщения воды снаружи трубы. Наличие паровой фазы в окружающей воде вызовет ухудшение нейтронно-физической обстановки вблизи канала, а кипение воды на внешней поверхности силовой трубы, которое будет протекать в условиях перемежаемости водяного и парового объемов замедлителя, приведет к нейтронно-физической неустойчивости, к нарушению условий поддержания нейтронного баланса и к ухудшению регулирования ядерного реактора в целом.

Задачей настоящего изобретения является создание корпуса пароперегревательного канала, использование которого позволит исключить возможность закипания воды (замедлителя) и, как следствие, повысить нейтронно-физическую устойчивость кипящего водо-водяного ядерного реактора.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение перетока тепловой энергии от пара, находящегося внутри силовой трубы, к воде, омывающей корпус снаружи, за счет увеличения термического сопротивления, т.е. улучшения термоизолирующего свойства корпуса пароперегревательного канала.

Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненном в виде силовой трубы, силовая труба установлена в обечайку, при этом между трубой и обечайкой образован кольцевой зазор, который содержит теплоизолирующий пористый слой из материала с малым сечением поглощения нейтронов и герметично закрыт по торцам.

Кроме этого, в качестве материала теплоизолирующего слоя использован оксид циркония или оксид алюминия, содержащий не более 0,3 процента примеси оксида гафния.

Кроме этого, теплоизолирующий слой выполнен в виде покрытия, нанесенного на наружную поверхность силовой трубы или на внутреннюю поверхность обечайки плазменный напылением.

Кроме этого пористость теплоизолирующего слоя составляет 12-18% от объема слоя.

Кроме этого концы обечайки соединены с силовой трубой сварным швом, выполненным аргонодуговой сваркой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез корпуса пароперегревательного канала.

Корпус пароперегревательного канала выполнен в виде силовой трубы 1, которая установлена в обечайку 2 так, что между ними образован кольцевой зазор 3, в котором размещен теплоизолирующий пористый слой 4 из материала с малым сечением поглощения нейтронов, который за счет своей пористой структуры уменьшает тепловой поток от теплоносителя, находящегося внутри силовой трубы 1, к наружной воде, омывающей обечайку 2, и одновременно не ухудшает нейтронно-физические характеристики ядерного реактора. Кольцевой зазор 3 по торцам герметично закрыт, например, с помощью сварного шва, полученного электронно-лучевой сваркой концов обечайки 2 с силовой трубой 1. Герметичность соединения обечайки и силовой трубы исключает попадание воды в кольцевой зазор 3 и в пористый слой 4, что приводит к сохранению целостности теплоизолирующего слоя 4 и обечайки 2, поскольку иначе при наличии воды в кольцевом зазоре 3 пористый слой 4 может трескаться и крошиться, а при попадании воды на горячую поверхность силовой трубы 1 может произойти закипание и испарение воды, что приведет в условиях ограниченного объема к резкому повышению давления и к раздутию и разрыву обечайки 2. Выполнение сварного шва электронно-лучевой сваркой позволит дополнительно уменьшить тепловой поток от теплоносителя, находящегося внутри силовой трубы 1, к наружной воде за счет образования в кольцевом зазоре 3 вакуума, поскольку технологией электронно-лучевой сварки предусматривается ее выполнение в условиях вакуума. Теплоизолирующий слой 4 может быть нанесен на наружную поверхность силовой трубы 1 или на внутреннюю поверхность обечайки 2 посредством плазменного напыления с заданной пористостью в пределах 12-18% от объема слоя. В качестве материала покрытия может быть использован оксид циркония или оксид алюминия, которые содержат не более 0,3% примеси оксида гафния. Обечайка 2 выполнена из материала, идентичного или близкого по составу с металлом силовой трубы 1.

При работе пароперегревательного канала теплоноситель - водяной пар (пароводяная смесь) поступает в полость корпуса, т.е. в полость силовой трубы 1. Пар проходит мимо тепловыделяющих элементов, отбирает выделяемое в них тепло и нагревается. На выходе из силовой трубы 1 пар имеет более высокую температуру, чем на входе в нее. Снаружи обечайки 2 течет вода с температурой ниже температуры насыщения. В результате разницы температур пара, проходящего внутри силовой трубы 1, и воды, омывающей наружные стенки обечайки 2, происходит переток тепла от пара к воде. Общее термическое сопротивление пакета, составленного из силовой трубы 1, теплоизолирующего пористого слоя 4 и обечайки 2, позволяет значительно уменьшить переток тепла, что полностью исключает возможность закипания воды (появление паровой фазы), а следовательно, сохраняет нейтронно-физическую устойчивость кипящего водо-водяного ядерного реактора и обеспечивает надежность регулирования реактора в целом.

Формула изобретения

1. Корпус пароперегревательного канала кипящего водо-водяного ядерного реактора, выполненный в виде силовой трубы, отличающийся тем, что силовая труба установлена в обечайке, при этом между трубой и обечайкой образован кольцевой зазор, который содержит теплоизолирующий пористый слой из материала с малым сечением поглощения нейтронов и герметично закрыт по торцам.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала теплоизолирующего слоя использован оксид циркония или оксид алюминия, содержащий не более 0,3 % примеси оксида гафния.

3. Корпус по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплоизолирующий слой выполнен в виде покрытия, нанесенного на наружную поверхность силовой трубы.

4. Корпус по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплоизолирующий слой выполнен в виде покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность обечайки.

5. Корпус по пп.1, или 2 и 3, или 2 и 4, отличающийся тем, что пористость теплоизолирующего слоя составляет 12-18% от объема слоя.

6. Корпус по п.3 или 4, отличающийся тем, что покрытие выполнено плазменным напылением.

7. Корпус по пп.1, или 2, или 2 и 3, или 2 и 4, или 3 и 5, или 4 и 5, или 3, 5 и 6, или 4, 5 и 6, отличающийся тем, что концы обечайки соединены с силовой трубой сварным швом.

8. Корпус по п.7, отличающийся тем, что сварной шов выполнен электронно-лучевой сваркой.

РИСУНКИ

Рисунок 1