UA129849C2 - Турбонасос і система довготривалого відведення тепла від герметичної зони, до складу якої входить турбонасос - Google Patents

Abstract

Турбонасос містить турбіну (5) і насос (8), причому турбіна (5) включає в себе корпус (101) турбіни з розташованим у ньому робочим колесом (102) турбіни (5), а насос (8) включає в себе корпус (104) насоса з розташованим у ньому робочим колесом (105) насоса (8), причому робоче колесо (102) турбіни (5) і робоче колесо (105) насоса (8) з'єднані між собою валом (103), а між корпусом (101) турбіни і корпусом (104) насоса встановлений з'єднувальний корпус (106), який відрізняється тим, що до впуску корпусу (104) насоса приєднана кільцева впорскувальна форсунка (108), що має кільцеву канавку на поверхні, що прилягає до корпусу (104) насоса, яка утворює кільцеву порожнину (120), коли впорскувальна форсунка (108) і корпус (104) з'єднані, й в якій кільцева порожнина (120) містить два протилежних впускних отвори (121a), (121b) і форсунки (125).

Description

Рівень техніки винаходу

Цей винахід стосується турбонасоса і системи довготривалого відведення тепла від герметичної зони, до складу якої входить турбонасос.

Існуючий рівень техніки

Прагнення до постійного підвищення безпеки атомних електростанцій та досвід вже подоланих аварійних ситуацій призвели до складної типології відмов та аварій, що описані як передбачувані та стандартизовані певним чином. Для таких подій, зазвичай меншого масштабу, такі системи вже визначені і впроваджені в технологічне обладнання електростанції за проектом самої атомної електростанції.

Умови і фізичні параметри в герметичній частині ядерного реактора відповідають температурі кипіння рідкого наповнювача, який являє собою суміш води і борної кислоти (НВОЗ). Однак вказана аварійна система має забезпечувати перекачування суміші, її інтенсивне охолодження і подальше зрошення частин герметичної зони реактора з відведенням тепла. Функціонування системи має бути безперервним і довготривалим - протягом місяців.

У разі великої аварії на ядерному енергоблоці, яка виходить за межі керування стандартними засобами для застосування у аварійних ситуаціях, чинне законодавство вимагає вжити заходів, які дозволять запобігти великій аварії або пом'якшити ї. наслідки. Визначено комплекс заходів для ліквідації великих аварій. Одним із таких заходів є створення нової функціонально та енергетично автономної системи довготривалого ефективного відведення тепла від герметичної зони, так званого контейнменту. Вимога до створення такої системи полягає в тому, щоб корпус реактора, що постраждав від великої аварії, охолоджувався ззовні водою, яка надходить у шахту реактора з басейну, утвореного на підлозі герметичної зони.

Нагріта вода випаровується, і пар потрапляє у простір герметичної зони, поступово створюючи тиск і нагріваючи будівельну конструкцію. Якщо ця умова охолодження не виконана, існує ризик порушення цілісності герметичної зони через тиск, що перевищує безпечну межу для будівельної конструкції. Тому необхідно запобігти підвищенню тиску у внутрішньому просторі до межі безпеки та підтримувати у герметичній зоні низький тиск.

Існують різні технічні рішення та пропозиції щодо способів відведення тепла з цих об'ємів.

Системи для усунення великої аварії ядерного реактора описані, наприклад, у документах о СМм204229849, СМ103383865 і 054064002. Але є різниця в конструкції та в компоновці компонентів, причому часто в якості джерела енергії застосовують парову турбіну, або циркуляція теплоносія в первинному контурі не є відділеною.

Система довготривалого відведення тепла також описана, наприклад, в документі ЕР 3451346 А1. Вона складається з холодного контуру та гарячого контуру, де холодний контур містить насосну станцію, з'єднану на одній стороні з джерелом холодоагенту холодного контуру, а на іншій стороні - під'єднану до турбіни, звідки холодоагент спрямовується через охолоджувач холодного контуру назад до джерела холодоагенту холодного контуру. Гарячий контур містить насос гарячого контуру, під'єднаний на вході до джерела холодоагенту гарячого контуру, тобто до нижньої частини контейнменту, а на своєму виході - до гарячого контуру радіатора, звідки холодоагент спрямовується до душової установки. Недоліком такого рішення є те, що коли холодоагент у нижній частині контейнменту досягає температури кипіння, його важко перекачувати, оскільки перекачується не лише вода, а й газ, що призводить до погіршення умов теплообміну в теплообміннику.

Іншим варіантом є система довготривалого відведення тепла з герметичної зони за документом РМ 2019-576, показана на Фіг. 1, яка містить холодний контур і гарячий контур.

Холодний контур включає в себе насосну станцію 1 живлення, з'єднану на одній стороні з джерелом холодоагенту холодного контуру, а на іншій стороні - із тонким фільтром 2 для видалення забруднення, який з'єднаний з основною насосною станцією 3, яка через вхідний запірний клапан 4 приєднана до турбіни 5, а потім, через холодний контур охолоджувача 6 і вихідний запірний клапан 7 - з джерелом холодоагенту холодного контуру, завдяки чому контур є замкненим. Гарячий контур включає в себе насос 8 гарячого контуру, з'єднаний на своєму виході через гарячий контур охолоджувача б з душовою установкою 9, розташованою у герметичній зоні 10, а на своєму вході, через механічний сітчастий фільтр 11 - з джерелом холодоагенту гарячого контуру. Основна насосна станція З додатково з'єднана з входом насоса 8 гарячого контуру за допомогою первинного холодного контуру, причому відгалуження 19а доохолодження включає в себе запірний клапан 20а. Через це холодоагент гарячого контуру, що надходить у насос 8, може бути охолоджений до стану, який гарантує його належне функціонування.

Холодний контур може мати в своєму складі шламове відгалуження 14, яке веде від фільтра 60 2 тонкого очищення до шламового резервуара 15. Якщо датчики, розташовані у фільтрі 2,

виявляють його забруднення, автоматично здійснюється промивання і зливання бруду в шламовий резервуар 15. Шламове відгалуження 14 споряджене шламовим клапаном 16.

Холодний контур переважно має одне або два відгалуження 17а і 175 доохолодження холодного контуру. Відгалуження 17а первинного до охолодження холодного контуру з'єднує вхід до фільтра 2 тонкого очищення з джерелом холодоагенту холодного контуру. Відгалуження 1765 вторинного доохолодження холодного контуру з'єднує вихід основної насосної станції З з джерелом теплоносія холодного контуру. Обидва ці відгалуження 17а, 176 можуть бути введені в експлуатацію за допомогою клапанів 18а, 1856 керування в момент, коли температура теплоносія холодного контуру перевищує завдане значення.

На відміну від документу ЕР 3451346 А, згадана вище система укомплектована відгалуженням 196 вторинного доохолодження гарячого контуру, яке містить запірний клапан 206 і веде від виходу гарячого контуру охолоджувача б до входу насоса 8. Таким чином вирішується проблема обмеженого обсягу теплоносія для довготривалого відведення тепла від герметичної зони 10. Без цього відгалуження доохолодження критична температура була б перевищена протягом годин.

Згідно із прикладом, опис принципу роботи вищезгаданої системи довготривалого відведення тепла від герметичної зони за сучасним рівнем техніки наведений далі:

Холодну воду відбирають з басейну 12 під градирнею 13 електростанції або з колодязів вентиляторних градирень 13 за допомогою насосної станції 1 живлення, і транспортують через водяний фільтр 2, який забезпечує необхідну якість води, до основної насосної станції 3. Обидві насосні станції 1 і З містять насосні агрегати з дизельним приводом. Вода під тиском надходить від основної насосної станції З на вхід герметичної зони 10 реакторного блоку. Потім воду подають в турбіну 5 гідродинамічного насосного агрегату, а відпрацьовану воду з турбіни 5 гідродинамічного агрегату спрямовують в холодний контур теплообмінника або в охолоджувач б, де вона відбирає теплову енергію від перекачуваної рідини гарячого контуру, і, підігріту, її відводять з герметичної зони 10 блоку реактора в басейн 12 під градирнею 13 або в колодязі вентиляторних градирень 13.

Насос 8 гарячого контуру відсмоктує гарячу суміш води і борної кислоти з підлоги герметичної зони 10, фільтрує її через механічний сітчастий фільтр 11 і подає в тепловий контур о) теплообмінника, відповідно, охолоджувача б і далі в систему спринклерів, тобто в душову установку 9, розташовану всередині герметичної зони 10, де забезпечує бажане охолодження важливих компонентів герметичної зони 10 реактора.

Недоліком представленої системи є утруднене перекачування суміші окропу і борної кислоти, особливо в найбільш критичний момент - на початку відкачування, коли суміш перебуває всередині насоса 8 у пароподібному стані.

Метою цього винаходу є пропозиція пристрою, який усуває зазначені вище недоліки існуючого рівня техніки.

Ознака винаходу

Зазначені вище недоліки в значній мірі можуть бути усунені застосуванням турбонасоса, який містить турбіну 5 і насос 8, причому турбіна 5 включає в себе корпус 101 турбіни з розташованим у ньому робочим колесом 102 турбіни 5, а насос 8 включає в себе корпус 104 насоса з розташованим у ньому робочим колесом 105 насоса 8, причому робоче колесо 102 турбіни 5 і робоче колесо 105 насоса 8 з'єднані між собою валом 103, а між корпусом 101 турбіни і корпусом 104 насоса встановлений з'єднувальний корпус 106, в якому до впуску корпусу 104 насоса приєднана кільцева впорскувальна форсунка 108, що має кільцеву канавку на поверхні, що прилягає до корпусу 104 насоса, яка утворює кільцеву порожнину 120, коли впорскувальна форсунка 108 і корпус 104 з'єднані, й в якій кільцева порожнина 120 містить два протилежних впускних отвори 121а, 1216 ї форсунки 125.

У варіанті, який забезпечує перевагу, форсунки 125 є розширеними у точці перетинання з кільцевою порожниною 120.

В іншому варіанті, який забезпечує перевагу, форсунки 125 розташовані під кутом а 527 відносно осі обертання вала.

В іншому варіанті, який забезпечує перевагу, форсунки 125 радіально рознесені з кутовим періодом 10".

В іншому варіанті, який забезпечує перевагу, торцеві стінки з'єднувального корпусу 106 мають в області вала 103 герметизовані підшипникові вузли.

Згадані вище недоліки в значній мірі усуваються застосуванням системи довготривалого відведення тепла від герметичної зони, до складу якої входить турбонасос за будь-яким із пунктів формули винаходу. 60 Опис графічних матеріалів

Винахід буде роз'яснено за допомогою графічних матеріалів, у яких на Фіг. 1 показано схему системи довготривалого відведення тепла за існуючим рівнем техніки, на Фіг. 2 показано турбонасос за цим винаходом у складеному стані, на Фіг. З показано турбонасос за цим винаходом у розібраному стані, на Фіг. 4 показано у розрізі впорскувальний пристрій турбонасоса за цим винаходом, а на Фіг. 5 показано поздовжній розріз впорскувального пристрою турбонасоса за цим винаходом.

Переважні варіанти здійснення винаходу

Турбонасос за цим винаходом, показаний на Фіг. 2 і 3, містить турбіну 5, яка включає в себе корпус 101 турбіни з розташованим у ньому робочим колесом 102 турбіни 5, а насос 8 містить корпус 104 насоса з розташованим у ньому робочим колесом 105 насоса 8, причому робоче колесо 102 турбіни 5 і робоче колесо 105 насоса 8 з'єднані між собою валом 103. Вал 103 з робочими колесами 102 і 105 утворюють систему з єдиним ротором.

Між корпусом 101 турбіни і корпусом насоса 104 встановлений з'єднувальний корпус 106, який забезпечує, між іншим, створення жорсткого зв'язку між ними. Торцеві стінки з'єднувального корпусу 106 переважно передбачені в області вала 103 й мають герметизовані підшипникові вузли, які гарантують, що жодна рідина не потрапить всередину з'єднувального корпусу 106 ані з корпусу 101 турбіни, ані з корпусу 104 насоса. Таким чином, об'єм з'єднувального корпусу 106 є герметично закритим простором, переважно оснащеним датчиками витоку, які не показані у графічних матеріалах. Відповідно, з'єднувальна муфта 106 виступає в якості зони безпеки й моніторингу, яка розділяє чисту частину турбіни 5 й забруднену частину насоса 8.

Кільцева впорскувальна форсунка 108 приєднана до впуску корпусу 104 насоса, див. Фіг. 4 і 5, який має кільцеву канавку на поверхні, що прилягає до корпусу 104 насоса, яка утворює кільцеву порожнину 120, коли впорскувальна форсунка 108 і корпус 104 насоса з'єднані між собою.

Ця кільцева порожнина 120 містить два протилежних впускних отвори 121а, 1216, причому до одного з них підведений впуск 122 холодної води, а до іншого - впуск 123 охолодженої суміші води та НзВОз від охолоджувача 7. Крім того, форсунки 125 виступають з кільцевої порожнини 120 під кутом а, переважно 52", і є радіально рознесеними з кутовим періодом 107. Поблизу о отвору форсунки 125 мають циліндричну форму з різким розширенням для збільшення турбулентності вихідного струменя.

Вхідний потік, що спрямований на робоче колесо 105 насоса 8, подається по осі впорскувальної форсунки 108 у напрямку стрілки. Внутрішній діаметр впорскувальної форсунки 108 розширюється на вході. Крива вісесиметричного входу має форму лемніскати. Оптимальна геометрія впорскувальної форсунки 108, отримана за допомогою обчислювальної моделі потоку, мінімізує витрату зовнішньої холодної розпиленої води для досягнення бажаного ефекту.

Турбонасос за цим винаходом призначений, в першу чергу, для системи довготривалого відведення тепла з герметичної зони згідно з документом РМ 2019-576, де живильні отвори 121 виведені в периферійну порожнину 120 впорскувальної форсунки 108. У перший впускний отвір 121а введений впускний патрубок 122 холодної води, який подає холодну воду через відгалуження 19а первинного доохолодження холодного контуру в кільцеву порожнину 120, і яка згодом виходить через форсунки 125 у всмоктувальний простір турбонасоса за цим винаходом.

Завдяки охолодженню всмоктувального простору та усуванню пароподібного стану суміші забезпечені надійний запуск і нарощування перекачування. Холодну воду для впорскування, що подається за допомогою відгалуження 19а первинного доохолодження холодного контуру, застосовують на початкових етапах запуску та нарощування перекачування, а потім її перекривають за допомогою клапана 20а. Функцію впорскування перебирає на себе охолоджена суміш води та борної кислоти, яку подають від охолоджувача 6 через відгалуження 196 вторинного доохолодження гарячого контуру, тобто через впуск 123 охолодженої суміші у другий впуск 1216 і далі до кільцевої порожнини 120 впорскувальної форсунки 108 до потрібного потоку (зворотного потоку) охолодженої суміші.

Функція перекачування турбонасоса за цим винаходом надійно забезпечена завдяки дії впорскувальної форсунки 108 від початку впорскування холодної води та нарощування перекачування, коли зворотний потік охолодженої суміші ще не доступний, і згодом, в період часу комбінованої подачі холодної води і зворотного потоку суміші у впорскувальну форсунку 108, поки впорскування холодної води не буде вимкнено, і система працюватиме тільки з сумішшю, охолодженою зворотним потоком. Впорскування холодної води має бути вимкнено, щоб не збільшувати кількість рідини в герметичній зоні реактора вище встановленого ліміту, але у разі потреби його можна поновити в будь-який час, оскільки клапан 206 приводять в дію з-за меж реакторної будівлі.

З міркувань безпеки установка всередині герметичної зони 10 може бути подвоєна ідентичним чином і підключена паралельно холодному контуру, тобто два турбонасоси за цим винаходом можуть застосовуватися паралельно. Таким чином, основна насосна станція З з'єднана через запірні клапани 4 як з насосом 8 одного гарячого відгалуження, так й з насосом 8 іншого гарячого відгалуження. Однак завжди працює лише одна внутрішня установка, тобто гаряче відгалуження. Друга установка утворює 100 95 робочий резерв.

Система за цим винаходом є повністю автономною й незалежною від технологічного обладнання ядерного реактора та зовнішнього джерела енергії, зокрема від електропостачання.

Винятком є компоненти системи, які розташовані поза герметичною зоною і перебувають у вільному доступі навіть в умовах великої аварії, що відбувається, навіть протягом лише обмеженого часу, особливо під час дозаправки теплових двигунів.

Перевага турбонасоса за цим винаходом або системи відведення тепла за цим винаходом полягає в забезпеченні найважливішої функції аварійної запобіжної системи, яка полягає в перекачуванні суміші киплячої води та борної кислоти, особливо в найбільш критичний момент, яким є момент пуску і розгону, коли необхідно усунути пароподібний стан суміші всередині насоса і забезпечити довготривале перекачування цієї суміші з потрібною гідравлічною потужністю.

Claims (6)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Турбонасос містить турбіну (5) і насос (8), причому турбіна (5) включає в себе корпус (101) турбіни з розташованим у ньому робочим колесом (102) турбіни (5), а насос (8) включає в себе корпус (104) насоса з розташованим у ньому робочим колесом (105) насоса (8), причому робоче колесо (102) турбіни (5) і робоче колесо (105) насоса (8) з'єднані між собою валом (103), а між корпусом (101) турбіни і корпусом (104) насоса встановлений з'єднувальний корпус (106), який відрізняється тим, що до впуску корпусу (104) насоса приєднана кільцева впорскувальна форсунка (108), що має кільцеву канавку на поверхні, що прилягає до корпусу (104) насоса, яка о утворює кільцеву порожнину (120), коли впорскувальна форсунка (108) і корпус (104) з'єднані, й в якій кільцева порожнина (120) містить два протилежних впускних отвори (121а), (1215) і форсунки (125).

2. Турбонасос за п. 1, який відрізняється тим, що форсунки (125) є розширеними у точці перетинання з кільцевою порожниною (120).

3. Турбонасос за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що форсунки (125) розташовані під кутом а 52" відносно осі обертання вала.

4. Турбонасос за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що форсунки (125) радіально рознесені з кутовим періодом 10".

5. Турбонасос за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що торцеві стінки з'єднувального корпусу (106) мають в області вала (103) ущільнювальні підшипникові вузли.

6. Система довготривалого відведення тепла від герметичної зони, яка відрізняється тим, що вона включає в себе турбонасос за будь-яким з пп. 1-5. А

ВСНЧЕ НЕ Нв ов УПЕВНЕНІ З Есе ВВ І ї о сужкжі Я що : ї З ЕВ г Ж В о В Б а У но о ше і; пило УА ово ет | тек, і і и ть ГЕ х ЩЕ ї : І з зи. НУ и ТЕ ЕУ З Ко еаЯуя ї Й Ж х З АВАКОВ ОЗ ОО нвронннннннннннн- ЗУ їх ХУ ТК ою ти ЧТ 3 МК бе ей ит т У ОКО 3 щ і і ЗЕ ОКУ Ге З З ЩО Ши рт секнкккнн і а х В Ва Во НКИ Е : ; шин шк ох ' і / УК им М овен ; н А с ;

1. І : З ль; педю А МВ їй і п ШИ Б З і Ві пий пити п ї ї ОО ещщ и : І і СН Ол аюок М ! І . 1 ГИ ха 1 ї її, нео 1: Зі іайювон пи у 1: - Ж е- 1 цу ; КІ пп й Що: й - з Е ТЕ і рень джен ен УЧ сиза пох і ; Я. х тт ж Ї щит 1: Кз Усик Км Ан / с х х х «а ії І з Как. З ме, ях ї- пвх хв

Фіг. 1 : Ї ї і зе| 1 ; А З З у іо Ек З ї :

: . 7 ев гр ; її Я г і ї шк У сисетееч і КЕ Мене о фен й я дев ! І ї ? тк / Ї і : М Й М й се 1 ї - Чи В ; і ; і ЗЕ М хі І 2е- : / БОНН і і БОГ ' Ї - я ваш і Я «М пу зо, Де ОО ПЕВ Е ов І : тини; ПОЕМ Мт Фея дент оо Ди І. КН В ден ск тх тб» ПО БА ОМЕ А ї т Б «Я ера и Ген Є В нн «Шен ЇЖІ Кудря ї ко з Кк "ет У т Ж мя ех, : ро З ї В еЖкщ З . : : Ї ТК ж В і З і З Г. т ня : Н В : З я «З ; не нн в зн Ян и їх юю пе У : 5 : ит З фе Їажм Ду ес; ие т КЕ ; : і ї м ї Ще В / КЕ і я То ІЗ ї Ї Її їх ХХ В їх з М пи В Й лиж Ї . сс ще І ОО БВ сіло вн : 2-3 рок р С Ї : се т ї | 1 Боні БІО ня і З ОО т Кор др ї шипипипиций й 3, Е я і З в ї ГУ о ? ; ше ї . Ї М. Н ї; і Я : і І 1 ця Й ї Кк й КІ Б і НЕ Ададея і Я ; В й / лани Я Н В й ! ; у ї Коб в я і й і : ; її і; пня ; | х іч : В : Ї ше ши | Ж Ї і і ! ! ЕЕ ) і тав вв т фл тетттстететтовнстетесу ї тет Х : ке х і ; і 7 рі : й ' і то і ї М і ї ї ї : панії ї Її ее

Фіг. г