EA045164B1 - SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT - Google Patents
SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT Download PDFInfo
- Publication number
- EA045164B1 EA045164B1 EA202193317 EA045164B1 EA 045164 B1 EA045164 B1 EA 045164B1 EA 202193317 EA202193317 EA 202193317 EA 045164 B1 EA045164 B1 EA 045164B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- flange
- membrane
- multilayer
- melt
- truss
- Prior art date
Links
- 230000004807 localization Effects 0.000 title claims description 14
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 101
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 59
- 230000004224 protection Effects 0.000 claims description 58
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 41
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 16
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 14
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 7
- 102200052313 rs9282831 Human genes 0.000 claims 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 33
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности, к системам, обеспечивающим безопасность атомных электростанций (АЭС), и может быть использовано при тяжелых авариях, приводящих к разрушению корпуса реактора и его герметичной оболочки.The invention relates to the field of nuclear energy, in particular, to systems that ensure the safety of nuclear power plants (NPPs), and can be used in severe accidents leading to the destruction of the reactor vessel and its hermetically sealed shell.
Наибольшую радиационную опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны, которые могут происходить при множественном отказе систем охлаждения активной зоны.The greatest radiation hazard is posed by accidents with core melting, which can occur with multiple failures of core cooling systems.
При таких авариях расплав активной зоны - кориум, расплавляя внутриреакторные конструкции и корпус реактора, вытекает за его пределы, и вследствие сохраняющегося в нем остаточного тепловыделения, может нарушить целостность герметичной о.болочки АЭС - последнего барьера на пути выхода радиоактивных продуктов в окружающую среду.In such accidents, the core melt - corium, melting the internal reactor structures and the reactor vessel, flows beyond its limits, and due to residual heat remaining in it, can disrupt the integrity of the sealed shell of the nuclear power plant - the last barrier to the release of radioactive products into the environment.
Для исключения этого необходимо локализовать вытекший из корпуса реактора расплав активной зоны (кориум) и обеспечить его непрерывное охлаждение, вплоть до полной кристаллизации. Эту функцию выполняет Система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, которая предотвращает повреждения герметичной оболочки АЭС и тем самым защищает население и окружающую среду от радиационного воздействия при тяжелых авариях ядерных реакторов.To eliminate this, it is necessary to localize the core melt (corium) that has leaked from the reactor vessel and ensure its continuous cooling until complete crystallization. This function is performed by the Nuclear Reactor Core Melt Localization and Cooling System, which prevents damage to the sealed shell of the nuclear power plant and thereby protects the population and the environment from radiation exposure in the event of severe nuclear reactor accidents.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
Известна система [1] локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющую плиту, установленную под корпусом ядерного реактора, и опирающуюся на ферму-консоль, установленный на закладные детали в основании бетонной шахты многослойный корпус, фланец которого снабжен тепловой защитой, наполнитель, установленный внутри многослойного корпуса, состоящий из набора кассет, установленных друг на друге.A known system [1] for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, containing a guide plate installed under the nuclear reactor vessel, and resting on a cantilever truss, mounted on embedded parts at the base of a concrete shaft, a multilayer housing, the flange of which is equipped with thermal protection, filler, installed inside a multilayer housing, consisting of a set of cassettes mounted on top of each other.
Данная система, в соответствии со своими конструктивными особенностями, имеет следующие недостатки, а именно:This system, in accordance with its design features, has the following disadvantages, namely:
в момент проплавления (разрушения) корпуса реактора расплавом активной зоны в образовавшееся отверстие под действием остаточного давления, имеющегося в корпусе реактора, начинает истекать расплав и выходят газы, которые распространяются внутри объема многослойного корпуса и внутри периферийных объемов, расположенных между многослойным корпусом, наполнителем и фермой-консолью, в этих объемах происходит быстрое увеличение давления газа, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава в зоне соединения многослойного корпуса с фермой-консолью;at the moment of penetration (destruction) of the reactor vessel by the melt of the active zone into the resulting hole under the influence of the residual pressure present in the reactor vessel, the melt begins to flow out and gases come out, which spread inside the volume of the multilayer vessel and inside the peripheral volumes located between the multilayer vessel, the filler and the truss - console, in these volumes there is a rapid increase in gas pressure, as a result of which destruction of the melt localization and cooling system in the area of connection of the multilayer housing with the console truss may occur;
при поступлении расплава внутрь многослойного корпуса, ферма-консоль и многослойный корпус в результате разогрева, ударных или сейсмических воздействий могут независимо перемещаться относительно друг друга, что может привести к разрушению их герметичного соединения, и, следовательно, нарушению работы системы локализации и охлаждения расплава.When the melt enters the multilayer body, the console truss and the multilayer body can independently move relative to each other as a result of heating, shock or seismic influences, which can lead to the destruction of their sealed connection, and, consequently, disruption of the melt localization and cooling system.
Известна система [2] локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющую плиту, установленную под корпусом ядерного реактора, и опирающуюся на ферму-консоль, установленный на закладные детали в основании бетонной шахты многослойный корпус, фланец которого снабжен тепловой защитой, наполнитель, установленный внутри многослойного корпуса, состоящий из набора кассет, установленных друг на друге.A known system [2] for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, containing a guide plate installed under the nuclear reactor vessel, and resting on a cantilever truss, mounted on embedded parts at the base of a concrete shaft, a multilayer housing, the flange of which is equipped with thermal protection, filler, installed inside a multilayer housing, consisting of a set of cassettes mounted on top of each other.
Данная система, в соответствии со своими конструктивными особенностями, имеет следующие недостатки, а именно:This system, in accordance with its design features, has the following disadvantages, namely:
в момент проплавления (разрушения) корпуса реактора расплавом активной зоны в образовавшееся отверстие под действием остаточного давления, имеющегося в корпусе реактора, начинает истекать расплав и выходят газы, которые распространяются внутри объема многослойного корпуса и внутри периферийных объемов, расположенных между многослойным корпусом, наполнителем и фермой-консолью, в этих объемах происходит быстрое увеличение давления газа, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава в зоне соединения многослойного корпуса с фермой-консолью;at the moment of penetration (destruction) of the reactor vessel by the melt of the active zone into the resulting hole under the influence of the residual pressure present in the reactor vessel, the melt begins to flow out and gases come out, which spread inside the volume of the multilayer vessel and inside the peripheral volumes located between the multilayer vessel, the filler and the truss - console, in these volumes there is a rapid increase in gas pressure, as a result of which destruction of the melt localization and cooling system in the area of connection of the multilayer housing with the console truss may occur;
при поступлении расплава внутрь многослойного корпуса, ферма-консоль и многослойный корпус в результате разогрева, ударных или сейсмических воздействий могут независимо перемещаться относительно друг друга, что может привести к разрушению их герметичного соединения, и, следовательно, нарушению работы системы локализации и охлаждения расплава.When the melt enters the multilayer body, the console truss and the multilayer body can independently move relative to each other as a result of heating, shock or seismic influences, which can lead to the destruction of their sealed connection, and, consequently, disruption of the melt localization and cooling system.
Известна система [3] локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащая направляющую плиту, установленную под корпусом ядерного реактора, и опирающуюся на ферму-консоль, установленный на закладные детали в основании бетонной шахты многослойный корпус, фланец которого снабжен тепловой защитой, наполнитель, установленный внутри многослойного корпуса, состоящий из набора кассет, установленных друг на друге, каждая из которых содержит одно центральное и несколько периферийных отверстий, клапаны подачи воды, установленные в патрубках, расположенных по периметру многослойного корпуса в зоне между верхней кассетой и фланцем.A known system [3] for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, containing a guide plate installed under the nuclear reactor vessel, and resting on a cantilever truss, mounted on embedded parts at the base of a concrete shaft, a multilayer housing, the flange of which is equipped with thermal protection, filler, installed inside a multilayer casing, consisting of a set of cassettes installed on top of each other, each of which contains one central and several peripheral holes, water supply valves installed in pipes located along the perimeter of the multilayer casing in the area between the upper cassette and the flange.
Данная система, в соответствии со своими конструктивными особенностями, имеет следующие недостатки, а именно:This system, in accordance with its design features, has the following disadvantages, namely:
в момент проплавления (разрушения) корпуса реактора расплавом активной зоны в образовавшеесяat the moment of penetration (destruction) of the reactor vessel by the melt of the active zone into the resulting
- 1 045164 отверстие под действием остаточного давления, имеющегося в корпусе реактора, начинает истекать расплав и выходят газы, которые распространяются внутри объема многослойного корпуса и внутри периферийных объемов, расположенных между многослойным корпусом, наполнителем и фермой-консолью, в этих объемах происходит быстрое увеличение давления газа, в результате чего может произойти разрушение системы локализации и охлаждения расплава в зоне соединения многослойного корпуса с фермой-консолью;- 1 045164 hole under the influence of the residual pressure present in the reactor vessel, the melt begins to flow out and gases come out, which spread inside the volume of the multilayer vessel and inside the peripheral volumes located between the multilayer vessel, the filler and the console truss, in these volumes there is a rapid increase in pressure gas, as a result of which destruction of the melt localization and cooling system in the area of connection of the multilayer housing with the console truss may occur;
при поступлении расплава внутрь многослойного корпуса, ферма-консоль и многослойный корпус в результате разогрева, ударных или сейсмических воздействий могут независимо перемещаться относительно друг друга, что может привести к разрушению их герметичного соединения, и, следовательно, нарушению работы системы локализации и охлаждения расплава.When the melt enters the multilayer body, the console truss and the multilayer body can independently move relative to each other as a result of heating, shock or seismic influences, which can lead to the destruction of their sealed connection, and, consequently, disruption of the melt localization and cooling system.
Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, повышении эффективности отвода тепла от расплава активной зоны ядерного реактора.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the system for localizing and cooling the nuclear reactor core melt, increasing the efficiency of heat removal from the nuclear reactor core melt.
Задачами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются следующие:The problems to be solved by the claimed invention are the following:
обеспечение герметизации многослойного корпуса от затопления водой, поступающей для охлаждения наружной поверхности многослойного корпуса;ensuring the sealing of the multilayer casing from flooding with water supplied to cool the outer surface of the multilayer casing;
обеспечение независимых радиально-азимутальных тепловых расширений фермы-консоли;ensuring independent radial-azimuthal thermal expansions of the cantilever truss;
обеспечение независимых перемещений фермы-консоли и многослойного корпуса при сейсмических и ударных механических воздействиях на элементы оборудования системы локализации и охлаждения расплава;ensuring independent movements of the cantilever truss and the multilayer body under seismic and shock mechanical impacts on the equipment elements of the melt localization and cooling system;
обеспечение снижения термомеханических и динамических нагрузок на мембрану;ensuring reduction of thermomechanical and dynamic loads on the membrane;
улучшение условий наружного охлаждения многослойного корпуса, в том числе, его толстостенного фланца;improving the external cooling conditions of the multilayer casing, including its thick-walled flange;
улучшение условий срабатывания мембраны в качестве пассивной защиты от перегрева при отсутствии или недостатке охлаждения внутреннего объема многослойного корпуса;improving the conditions for operation of the membrane as passive protection against overheating in the absence or insufficient cooling of the internal volume of the multilayer housing;
обеспечение наибольшего гидравлического сопротивления при движении парогазовой смеси из внутреннего объема многослойного корпуса в пространство, расположенное в зоне между многослойным корпусом и фермой-консолью.ensuring the greatest hydraulic resistance during the movement of the vapor-gas mixture from the internal volume of the multilayer housing into the space located in the area between the multilayer housing and the console truss.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в системе локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, содержащей направляющую плиту (1), установленную под корпусом (2) ядерного реактора и опирающуюся на ферму-консоль (3), установленный на закладные детали в основании бетонной шахты многослойный корпус (4), предназначенный для приема и распределения расплава, фланец (5) которого снабжен тепловой защитой (6), наполнитель (7), состоящий из нескольких, установленных друг на друга кассет (8), каждая из которых содержит одно центральное и несколько периферийных отверстий (9), клапаны (10) подачи воды, установленные в патрубках (11), расположенных по периметру многослойного корпуса (4) в зоне между верхней кассетой (8) и фланцем (5), согласно изобретению, на фланце (5) многослойного корпуса (4) установлен барабан (34), выполненный в форме обечайки (35) с расположенными по ее периметру усиливающими ребрами (36), опирающимися на крышку (37) и днище (38), имеющий элементы (30) натяжения, соединяющие барабан (34) через приваренный к нему опорный фланец (31) с фланцем (5) многослойного корпуса (4), на барабане (34) установлена мембрана (12) выпуклой формы, выпуклая сторона которой обращена за пределы многослойного корпуса (4), при этом в верхней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с нижней частью фермыконсоли (3) выполнены элементы (13) верхнего термического сопротивления, соединенные друг с другом посредством сварки с образованием верхнего контактного зазора (14), в нижней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с крышкой (37) барабана (34) выполнены элементы (32) нижнего термического сопротивления, соединенные друг с другом посредством сварки с образованием нижнего контактного зазора (33), внутри многослойного корпуса (4) дополнительно установлена тепловая защита (15), состоящая из внешней (21), внутренней (24) обечаек и днища (22), подвешенная к фланцу (28) фермы-консоли (3) посредством термопрочных крепежных изделий (19), устанавливаемых в теплоизолирующий фланец (18) с контактным межфланцевым зазором (29), расположенным между теплоизолирующим фланцем (18) и фланцем (28) фермы-консоли (3), и перекрывающая верхнюю часть тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4), между которыми в зоне перекрытия установлена кольцевая перемычка (16) с пропускными отверстиями (17), при этом внешняя обечайка (21) выполнена таким образом, что ее прочность выше прочности внутренней обечайки (24) и днища (22), а пространство между внешней обечайкой (21), днищем (22) и внутренней обечайкой (24) заполнено плавящимся бетоном (26), разделенным на сектора вертикальными ребрами (20) и удерживаемого вертикальными (23), длинными радиальными (25) и короткими радиальными (27) арматурными стержнями.The objectives are solved due to the fact that in the system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, containing a guide plate (1) installed under the body (2) of the nuclear reactor and resting on a truss-console (3) mounted on embedded parts in the base concrete shaft, a multilayer housing (4) designed to receive and distribute the melt, the flange (5) of which is equipped with thermal protection (6), filler (7), consisting of several cassettes (8) stacked on top of each other, each of which contains one central and several peripheral holes (9), water supply valves (10) installed in branch pipes (11) located around the perimeter of the multilayer housing (4) in the area between the upper cassette (8) and the flange (5), according to the invention, on the flange (5) of the multilayer body (4) a drum (34) is installed, made in the form of a shell (35) with reinforcing ribs (36) located along its perimeter, resting on the cover (37) and the bottom (38), having tension elements (30) connecting the drum (34) through a support flange (31) welded to it with the flange (5) of the multilayer body (4), a membrane (12) of a convex shape is installed on the drum (34), the convex side of which faces outside the multilayer body (4) , while in the upper part of the membrane (12) of a convex shape in the area of connection with the lower part of the console truss (3) there are elements (13) of the upper thermal resistance, connected to each other by welding to form an upper contact gap (14), in the lower part of the membrane (12) of a convex shape in the area of connection with the cover (37) of the drum (34), elements (32) of the lower thermal resistance are made, connected to each other by welding to form a lower contact gap (33), inside the multilayer body (4) an additional thermal protection (15), consisting of outer (21), inner (24) shells and bottom (22), suspended from the flange (28) of the cantilever truss (3) by means of heat-resistant fasteners (19) installed in the heat-insulating flange (18) with a contact interflange gap (29) located between the heat-insulating flange (18) and the flange (28) of the console truss (3), and covering the upper part of the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4), between which in the zone of the ceiling, an annular jumper (16) with passage holes (17) is installed, while the outer shell (21) is made in such a way that its strength is higher than the strength of the inner shell (24) and the bottom (22), and the space between the outer shell (21) the bottom (22) and the inner shell (24) are filled with melting concrete (26), divided into sectors by vertical ribs (20) and held by vertical (23), long radial (25) and short radial (27) reinforcing bars.
Одним существенным признаком заявленного изобретения является наличие в системе локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора барабана, установленного на фланце многослойного корпуса, выполненного в форме обечайки с расположенными по ее периметру усиливающими ребрами, опирающимися на крышку и днище, имеющего элементы натяжения, соединяющие барабанOne essential feature of the claimed invention is the presence in the system of localization and cooling of the core melt of a nuclear reactor of a drum mounted on the flange of a multilayer housing, made in the form of a shell with reinforcing ribs located along its perimeter, resting on the cover and bottom, having tension elements connecting the drum
- 2 045164 через приваренный к нему опорный фланец с фланцем многослойного корпуса. Наличие барабана в составе системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, при увеличении максимального уровня воды со стороны наружной поверхности многослойного корпуса, позволяет обеспечить снижение термомеханических и динамических нагрузок на мембрану, улучшить условия наружного охлаждения многослойного корпуса, в том числе, его толстостенного фланца, улучшить условия срабатывания мембраны в качестве пассивной защиты от перегрева при отсутствии или недостатке охлаждения внутреннего объема многослойного корпуса.- 2 045164 through a support flange welded to it with the flange of the multilayer housing. The presence of a drum as part of the system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor, with an increase in the maximum water level on the side of the outer surface of the multilayer casing, allows for a reduction in thermomechanical and dynamic loads on the membrane, and improves the conditions for external cooling of the multilayer casing, including its thick-walled flange , to improve the conditions for operation of the membrane as passive protection against overheating in the absence or insufficient cooling of the internal volume of the multilayer housing.
Еще одним существенным признаком заявленного изобретения является наличие в системе локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора мембраны выпуклой формы, установленной на барабане. Выпуклая сторона мембраны обращена за пределы многослойного корпуса. В верхней части мембраны выпуклой формы в зоне соединения с нижней частью фермы-консоли выполнены элементы верхнего термического сопротивления, обеспечивающие ухудшенные условия теплопередачи, способствующие перегреву верхней части мембраны и соединенные друг с другом посредством сварки с образованием верхнего контактного зазора, способствующего блокированию теплообмена со стороны мембраны к ферме-консоли и способствующего перенаправлению тепловых потоков от мембраны к ферме-консоли через сварное соединение, которое перегревается и разрушается в результате этого процесса. В нижней части мембраны выпуклой формы в зоне соединения с крышкой барабана выполнены элементы нижнего термического сопротивления, обеспечивающие ухудшенные условия теплопередачи, способствующие перегреву нижней части мембраны и соединенные друг с другом посредством сварки с образованием нижнего контактного зазора, способствующего блокированию теплообмена со стороны мембраны к барабану и способствующего перенаправлению тепловых потоков от мембраны к барабану через сварное соединение, которое перегревается и разрушается в результате этого процесса. Наличие мембраны в составе системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора позволяет обеспечить герметизацию многослойного корпуса от затопления водой, поступающей для охлаждения наружной поверхности многослойного корпуса, обеспечить независимые радиальноазимутальных тепловые расширения фермы-консоли, обеспечить аксиально-радиальные тепловые расширения многослойного корпуса, обеспечить независимые перемещения фермы-консоли и многослойного корпуса при сейсмических и ударных механических воздействиях на элементы оборудования УЛР, обеспечить разрушение мембраны при нарушениях охлаждения внутренних объемов многослойного корпуса и расплава активной зоны.Another essential feature of the claimed invention is the presence in the system of localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor of a convex membrane mounted on a drum. The convex side of the membrane faces outside the multilayer housing. In the upper part of the convex membrane in the area of connection with the lower part of the cantilever truss, there are elements of upper thermal resistance that provide deteriorated heat transfer conditions, promote overheating of the upper part of the membrane and are connected to each other by welding to form an upper contact gap that helps block heat transfer from the membrane to the cantilever truss and facilitating the redirection of heat flows from the membrane to the cantilever truss through the welded joint, which overheats and is destroyed as a result of this process. In the lower part of the convex-shaped membrane in the area of connection with the drum cover, elements of lower thermal resistance are made, providing deteriorated heat transfer conditions, promoting overheating of the lower part of the membrane and connected to each other by welding to form a lower contact gap, which helps block heat transfer from the membrane to the drum and facilitating the redirection of heat flows from the membrane to the drum through the welded joint, which overheats and collapses as a result of this process. The presence of a membrane as part of the system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor makes it possible to ensure sealing of the multilayer casing from flooding with water supplied to cool the outer surface of the multilayer casing, to ensure independent radial-azimuthal thermal expansions of the console truss, to ensure axial-radial thermal expansions of the multilayer casing, to ensure independent movement of the cantilever truss and the multilayer casing under seismic and shock mechanical impacts on the elements of the ULR equipment, to ensure the destruction of the membrane in the event of disturbances in the cooling of the internal volumes of the multilayer casing and the core melt.
Еще одним существенным признаком заявленного изобретения является наличие в системе локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора тепловой защиты, установленной внутри многослойного корпуса. Тепловая защита состоит из внешней, внутренней обечаек и днища. Тепловая защита подвешивается к фланцу фермы-консоли посредством термопрочных крепежных изделий, которые устанавливаются в теплоизолирующий фланец с контактным межфланцевым зазором. Контактный межфланцевый зазор расположен между теплоизолирующим фланцем и фланцем фермы-консоли. Тепловая защита перекрывает верхнюю часть тепловой защиты фланца многослойного корпуса, между которыми в зоне перекрытия установлена кольцевая перемычка с пропускными отверстиями. Внешняя обечайка тепловой защиты выполнена таким образом, что ее прочность выше прочности внутренней обечайки и днища, а на внешней поверхности нанесен защитный слой плавящегося бетона, разделенного на сектора вертикальными ребрами и удерживаемого вертикальными, длинными радиальными и короткими радиальными арматурными стержнями. Наличие тепловой защиты противостоит прямому ударному воздействию со стороны расплава активной зоны и со стороны газодинамических потоков из корпуса реактора в зону герметичного соединения многослойного корпуса с фермой-консолью. Кольцевая перемычка с отверстиями, по своим функциональным возможностям, формирует своего рода газодинамический демпфер, который позволяет обеспечить необходимое гидравлическое сопротивление при движении парогазовой смеси из внутреннего объема корпуса реактора в пространство, расположенное за внешней поверхностью тепловой защиты, и снизить скорость роста давления на периферии, одновременно увеличивая время роста этого давления, что обеспечивает необходимое время для выравнивания давления внутри и снаружи многослойного корпуса.Another essential feature of the claimed invention is the presence in the system of localization and cooling of the melt of the core of a nuclear reactor of thermal protection installed inside a multilayer casing. Thermal protection consists of outer, inner shells and bottom. The thermal protection is suspended from the flange of the cantilever truss using heat-resistant fasteners, which are installed in the heat-insulating flange with a contact flange gap. The contact interflange gap is located between the heat-insulating flange and the flange of the cantilever truss. The thermal protection covers the upper part of the thermal protection of the flange of the multilayer housing, between which a ring jumper with passage holes is installed in the overlap area. The outer shell of the thermal protection is made in such a way that its strength is higher than the strength of the inner shell and bottom, and on the outer surface there is a protective layer of melting concrete, divided into sectors by vertical ribs and held by vertical, long radial and short radial reinforcing bars. The presence of thermal protection resists direct impact from the core melt and from gas-dynamic flows from the reactor vessel to the zone of hermetic connection of the multilayer vessel with the console truss. The ring jumper with holes, according to its functionality, forms a kind of gas-dynamic damper, which makes it possible to provide the necessary hydraulic resistance during the movement of the vapor-gas mixture from the internal volume of the reactor vessel into the space located behind the external surface of the thermal protection, and to reduce the rate of pressure growth at the periphery, at the same time increasing the time this pressure rises, which provides the necessary time for the pressure to equalize inside and outside the multilayer housing.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 изображена система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, выполненная в соответствии с заявленным изобретением.In fig. 1 shows a system for localizing and cooling the melt of a nuclear reactor core, made in accordance with the claimed invention.
На фиг. 2 изображена зойа между верхней кассетой наполнителя и нижней поверхностью фермыконсоли.In fig. Figure 2 shows the space between the upper filler cassette and the lower surface of the console truss.
На фиг. 3 изображен общий вид тепловой защиты, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.In fig. Figure 3 shows a general view of thermal protection made in accordance with the claimed invention.
На фиг. 4 изображен фрагмент тепловой защиты в разрезе, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.In fig. Figure 4 shows a sectional fragment of thermal protection made in accordance with the claimed invention.
На фиг. 5 изображена зона крепления тепловой защиты к ферме-консоли.In fig. Figure 5 shows the area where the thermal protection is attached to the console truss.
На фиг. 6 изображена кольцевая перемычка, выполненная в соответствии с заявленным изобретением.In fig. 6 shows a ring jumper made in accordance with the claimed invention.
На фиг. 7 изображен общий вид мембраны, выполненной в соответствии с заявленным изобретением.In fig. 7 shows a general view of a membrane made in accordance with the claimed invention.
- 3 045164- 3 045164
На фиг. 8 изображена зона соединения мембраны с нижней поверхностью фермы-консоли.In fig. Figure 8 shows the area where the membrane is connected to the lower surface of the cantilever truss.
На фиг. 9 изображена зона соединения мембраны с нижней поверхностью фермы-консоли, выполненная с использованием дополнительных пластин.In fig. Figure 9 shows the area of connection of the membrane with the lower surface of the cantilever truss, made using additional plates.
На фиг. 10 изображена зона крепления верхней части мембраны с нижней частью фермы-консоли и зона крепления нижней части мембраны с барабаном.In fig. 10 shows the attachment area of the upper part of the membrane with the lower part of the cantilever truss and the attachment area of the lower part of the membrane with the drum.
На фиг. 11 изображен барабан, выполненный в соответствии с заявленным изобретением.In fig. 11 shows a drum made in accordance with the claimed invention.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the Invention
Как показано на фиг. 1-11, система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора содержит направляющую плиту (1), установленную под корпусом (2) ядерного реактора и опирающуюся на ферму-консоль (3). Под фермой-консолью (3) установлен многослойный корпус (4), предназначенный для приема и распределения расплава. Многослойный корпус (4) устанавливается на закладные детали. Фланец (5) многослойного корпуса (4) снабжен тепловой, защитой (6). Внутри многослойного корпуса (4) расположен наполнитель (7), который состоит из нескольких установленных друг на друга кассет (8). Каждая из кассет (8) имеет одно центральное и несколько периферийных отверстий (9). В зоне между верхней кассетой (8) и фланцем (5) установлены клапаны (10) подачи воды, установленные в патрубках (11), расположенных по периметру многослойного корпуса (4). На фланце (5) многослойного корпуса (4) установлен барабан (34), выполненный в форме обечайки (35). По периметру обечайки (35) расположены усиливающие ребра (36), которые опираются на крышку (37) и днище (38). Кроме того, обечайка (35) имеет элементы (30) натяжения. Посредством элементов (30) натяжения барабан (34) через приваренный к нему опорный фланец (31) соединяется с фланцем (5) многослойного корпуса (4).As shown in FIG. 1-11, the system for localizing and cooling the nuclear reactor core melt contains a guide plate (1) installed under the nuclear reactor body (2) and resting on a console truss (3). A multilayer housing (4) is installed under the console truss (3), designed to receive and distribute the melt. The multilayer housing (4) is installed on the embedded parts. The flange (5) of the multilayer housing (4) is equipped with thermal protection (6). Inside the multilayer body (4) there is a filler (7), which consists of several cassettes (8) stacked on top of each other. Each of the cassettes (8) has one central and several peripheral holes (9). In the area between the upper cassette (8) and the flange (5), water supply valves (10) are installed, installed in pipes (11) located around the perimeter of the multilayer housing (4). On the flange (5) of the multilayer body (4) there is a drum (34) made in the form of a shell (35). Along the perimeter of the shell (35) there are reinforcing ribs (36), which rest on the cover (37) and the bottom (38). In addition, the shell (35) has tension elements (30). By means of tension elements (30), the drum (34), through a support flange (31) welded to it, is connected to the flange (5) of the multilayer housing (4).
На барабане (34) установлена мембрана (12) выпуклой формы. Выпуклая сторона мембраны (34) обращена за пределы многослойного корпуса (4). В верхней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с нижней частью фермы-консоли (3) выполнены элементы (13) верхнего термического сопротивления, соединенные друг с другом посредством сварки с образованием верхнего контактного зазора (14). В нижней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с крышкой (37) барабана (34) выполнены элементы (32) нижнего термического сопротивления, соединенные друг с другом посредством сварки с образованием нижнего контактного зазора (33).A convex membrane (12) is installed on the drum (34). The convex side of the membrane (34) faces outside the multilayer body (4). In the upper part of the convex-shaped membrane (12), in the area of connection with the lower part of the cantilever truss (3), there are elements (13) of the upper thermal resistance, connected to each other by welding to form an upper contact gap (14). In the lower part of the convex-shaped membrane (12), in the area of connection with the cover (37) of the drum (34), there are lower thermal resistance elements (32) connected to each other by welding to form a lower contact gap (33).
Внутри многослойного корпуса (4) установлена тепловая защита (15). Тепловая защита (15) состоит из внешней обечайки (21), внутренней обечайки (24) и днища (22). Тепловая защита (15) подвешивается к фланцу (28) фермы-консоли (3) посредством термопрочных крепежных изделий (19), устанавливаемых в теплоизолирующий фланец (18) с контактным межфланцевым зазором (29), расположенным между теплоизолирующим фланцем (18) и фланцем (28) фермы-консоли. Тепловая защита (15) устанавливается таким образом, что перекрывает верхнюю часть тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4), между, которыми в зоне перекрытия установлена кольцевая перемычка (16) с пропускными отверстиями (17).A thermal protection (15) is installed inside the multilayer housing (4). Thermal protection (15) consists of an outer shell (21), an inner shell (24) and a bottom (22). Thermal protection (15) is suspended from the flange (28) of the console truss (3) by means of heat-resistant fasteners (19) installed in the heat-insulating flange (18) with a contact interflange gap (29) located between the heat-insulating flange (18) and the flange ( 28) console farms. The thermal protection (15) is installed in such a way that it covers the upper part of the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4), between which a ring jumper (16) with through holes (17) is installed in the overlap area.
Внешняя обечайка (21) выполнена таким образом, что ее прочность выше прочности внутренней обечайки (24) и днища (22). Пространство между внешней обечайкой (21), днищем (22) и внутренней обечайкой (24) заполнено плавящимся бетоном (26). Плавящийся бетон (26) разделен на сектора вертикальными ребрами (20) и удерживаемого вертикальными (23), длинными радиальными (25) и короткими радиальными (27) арматурными стержнями.The outer shell (21) is made in such a way that its strength is higher than the strength of the inner shell (24) and the bottom (22). The space between the outer shell (21), the bottom (22) and the inner shell (24) is filled with melting concrete (26). The melting concrete (26) is divided into sectors by vertical ribs (20) and held in place by vertical (23), long radial (25) and short radial (27) reinforcing bars.
Заявленная система локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, согласно заявленному изобретению, работает следующим образом.The claimed system for localizing and cooling the melt of a nuclear reactor core, according to the claimed invention, operates as follows.
В момент разрушения корпуса (2) ядерного реактора расплав активной зоны под действием гидростатического и избыточного давлений начинает поступать на поверхность направляющей плиты (1), удерживаемой фермой-консолью (3). Расплав, стекая по направляющей плите (1), попадает в многослойный корпус (4) и входит контакт с наполнителем (7). При секторном неосесимметричном стекании расплава происходит подплавление тепловых защит (6) и (15). Разрушаясь, эти тепловые защиты, с одной стороны, снижают тепловое воздействие расплава активной зоны на защищаемое оборудование, а с другой - уменьшают температуру и химическую активность самого расплава.At the moment of destruction of the nuclear reactor vessel (2), the core melt under the influence of hydrostatic and excess pressure begins to flow onto the surface of the guide plate (1), held by the cantilever truss (3). The melt, flowing down the guide plate (1), enters the multilayer housing (4) and comes into contact with the filler (7). When the sectoral non-axisymmetric flow of the melt occurs, the thermal protections (6) and (15) melt. When destroyed, these thermal protections, on the one hand, reduce the thermal impact of the core melt on the protected equipment, and on the other, reduce the temperature and chemical activity of the melt itself.
Тепловая защита (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) обеспечивает защиту его верхней толстостенной внутренней части от теплового воздействия со стороны зеркала расплава активной зоны с момента поступления расплава в наполнитель (7) и до окончания взаимодействия расплава с наполнителем (7), то есть, до момента начала охлаждения водой корки, расположенной на поверхности расплава активной зоны. Тепловая защита (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) устанавливается таким образом, что позволяет обеспечить защиту внутренней поверхности многослойного корпуса (4) выше уровня расплава активной зоны, образующегося в многослойном корпусе (4) в процессе взаимодействия с наполнителем (7), именно той верхней части многослойного корпуса (4), которая имеет большую толщину по сравнению с цилиндрической частью многослойного корпуса (4), обеспечивающей нормальную (без кризиса теплообмена в режиме кипения в большом объеме) передачу тепла от расплава активной зоны к воде, находящейся с внешней стороны многослойного корпуса (4).Thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4) provides protection of its upper thick-walled internal part from thermal effects from the core melt mirror from the moment the melt enters the filler (7) until the end of the interaction of the melt with the filler (7), that is, until the water begins to cool the crust located on the surface of the core melt. Thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer casing (4) is installed in such a way that it allows protecting the inner surface of the multilayer casing (4) above the level of the core melt formed in the multilayer casing (4) during interaction with the filler (7) , precisely that upper part of the multilayer casing (4), which has a greater thickness compared to the cylindrical part of the multilayer casing (4), ensuring normal (without a heat transfer crisis in boiling mode in a large volume) heat transfer from the core melt to water located with external side of the multilayer housing (4).
В процессе взаимодействия расплава активной зоны с наполнителем (7) тепловая защита (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) подвергается разогреву и частичному разрушению, экранируя тепловое излучение со стороны зеркала расплава. Геометрические и теплофизические характеристики тепловойDuring the interaction of the core melt with the filler (7), the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4) is heated and partially destroyed, shielding thermal radiation from the side of the melt mirror. Geometric and thermophysical characteristics of thermal
- 4 045164 защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) выбираются таким образом, что при любых условиях обеспечивают экранирование фланца (5) многослойного корпуса (4) со стороны зеркала расплава, благодаря чему, в свою очередь, обеспечивается независимость защитных функций от времени завершения процессов физико-химического взаимодействия расплава активной зоны с наполнителем (7). Таким образом, наличие тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) позволяет обеспечить выполнение защитных функций до начала подачи воды на корку, расположенную на поверхности расплава активной зоны.- 4 045164 protections (6) of the flange (5) of the multilayer body (4) are selected in such a way that, under any conditions, they ensure shielding of the flange (5) of the multilayer body (4) from the side of the melt mirror, which, in turn, ensures the independence of the protective functions of the completion time of the processes of physical and chemical interaction of the core melt with the filler (7). Thus, the presence of thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4) makes it possible to ensure the performance of protective functions before the start of water supply to the crust located on the surface of the core melt.
Как показано на фиг. 1, 11, на фланце (5) многослойного корпуса (4) установлен барабан (34), выполненный в форме обечайки (35). По периметру обечайки (35) расположены усиливающие ребра (36), которые опираются на крышку (37) и днище (38). Кроме того, обечайка (35) имеет элементы (30) натяжения. Посредством элементов (30) натяжения барабан (34) через приваренный к нему опорный фланец (31) соединяется с фланцем (5) многослойного корпуса (4).As shown in FIG. 1, 11, on the flange (5) of the multilayer housing (4) there is a drum (34) made in the form of a shell (35). Along the perimeter of the shell (35) there are reinforcing ribs (36), which rest on the cover (37) and the bottom (38). In addition, the shell (35) has tension elements (30). By means of tension elements (30), the drum (34), through a support flange (31) welded to it, is connected to the flange (5) of the multilayer housing (4).
Наличие барабана (34) в составе системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора при увеличении максимального уровня воды со стороны наружной поверхности многослойного корпуса (4) позволяет обеспечить снижения термомеханических и динамических нагрузок на мембрану (12), улучшить условия наружного охлаждения многослойного корпуса (4), в том числе, его толстостенного фланца (5), улучшить условия срабатывания мембраны (12) в качестве пассивной защиты от перегрева при отсутствии или недостатке охлаждения внутреннего объема многослойного корпуса (4).The presence of a drum (34) as part of the system for localizing and cooling the melt of the core of a nuclear reactor with an increase in the maximum water level on the outer surface of the multilayer casing (4) makes it possible to reduce thermomechanical and dynamic loads on the membrane (12), to improve the conditions for external cooling of the multilayer casing ( 4), including its thick-walled flange (5), to improve the conditions for operation of the membrane (12) as passive protection against overheating in the absence or insufficient cooling of the internal volume of the multilayer housing (4).
Элементы (30) натяжения, соединяющие барабан (34) с фланцем (5) многослойного корпуса (4), обеспечивают устойчивость барабана (34) к ударным возмущениям, действующим со стороны внутреннего пространства многослойного корпуса (4), например, при локальных повышениях давления, сейсмическом или ударном неосесимметричном воздействии. В этих условиях элементы (30) натяжения через опорный фланец (31), приваренный к барабану (34), создают усилия сжатия, действующие на барабан (34) и не позволяющие ему перемещаться относительно фланца (5) многослойного корпуса (4) при ударных возмущениях, обеспечивая целостность герметичных сварных соединений как мембраны (12), так и самого барабана (34).Tension elements (30) connecting the drum (34) to the flange (5) of the multilayer housing (4) ensure the stability of the drum (34) to shock disturbances acting from the internal space of the multilayer housing (4), for example, during local increases in pressure, seismic or impact non-axisymmetric impact. Under these conditions, the tension elements (30) through the support flange (31), welded to the drum (34), create compression forces acting on the drum (34) and preventing it from moving relative to the flange (5) of the multilayer housing (4) during shock disturbances , ensuring the integrity of the sealed welded joints of both the membrane (12) and the drum itself (34).
Как показано на фиг. 1, 7, 8, 9, 10, на барабане (34) установлена мембрана (12) выпуклой формы, выпуклая сторона которой обращена за пределы многослойного корпуса (4), при этом в верхней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с нижней частью фермы-консоли (3) выполнены элементы (13) верхнего термического сопротивления, обеспечивающие ухудшенные условия теплопередачи, способствующие перегреву верхней части мембраны и соединенные друг с другом посредством сварки с образованием верхнего контактного зазора (14), способствующего блокированию теплообмена со стороны мембраны к ферме-консоли и способствующего перенаправлению тепловых потоков от мембраны к ферме-консоли через сварное соединение, которое перегревается и разрушается в результате этого процесса. В нижней части мембраны (12) выпуклой формы в зоне соединения с крышкой (37) барабана (34) выполнены элементы (32) нижнего термического сопротивления, обеспечивающие ухудшенные условия теплопередачи, способствующие перегреву нижней части мембраны и соединенные друг с другом посредством сварки с образованием нижнего контактного зазора (33), способствующего блокированию теплообмена со стороны мембраны к барабану и способствующего перенаправлению тепловых потоков от мембраны к барабану через сварное соединение, которое перегревается и разрушается в результате этого процесса.As shown in FIG. 1, 7, 8, 9, 10, a membrane (12) of a convex shape is installed on the drum (34), the convex side of which faces outside the multilayer body (4), while in the upper part of the membrane (12) there is a convex shape in the area of connection with the lower part of the console truss (3) contains elements (13) of the upper thermal resistance, providing deteriorated heat transfer conditions, promoting overheating of the upper part of the membrane and connected to each other by welding to form an upper contact gap (14), which helps block heat transfer from the membrane to truss-console and facilitating the redirection of heat flows from the membrane to the truss-console through the welded joint, which overheats and is destroyed as a result of this process. In the lower part of the membrane (12) of a convex shape in the area of connection with the cover (37) of the drum (34), elements (32) of lower thermal resistance are made, providing deteriorated heat transfer conditions, promoting overheating of the lower part of the membrane and connected to each other by welding to form the lower contact gap (33), which helps block heat transfer from the membrane to the drum and helps redirect heat flows from the membrane to the drum through the welded joint, which overheats and is destroyed as a result of this process.
Мембрана (12) обеспечивает независимые радиально-азимутальные тепловые расширения фермыконсоли (3) и аксиально-радиальные тепловые расширения многослойного корпуса (4), обеспечивает независимые перемещения фермы-консоли (3) и многослойного корпуса (4) при сейсмических и ударных механических воздействиях на элементы оборудования системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора.The membrane (12) provides independent radial-azimuthal thermal expansion of the cantilever truss (3) and axial-radial thermal expansion of the multilayer body (4), ensures independent movements of the cantilever truss (3) and the multilayer body (4) under seismic and shock mechanical impacts on the elements equipment for the system of localization and cooling of the nuclear reactor core melt.
Для сохранения мембраной (12) своих функций на начальной стадии поступления расплава активной зоны из корпуса (2) реактора в многослойный корпус (4) и связанного с этим повышения давления, мембрана (12) размещается в защищенном пространстве, образованном тепловой защитой (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) и тепловой защитой (15), подвешенной к ферме-консоли (3).To maintain the membrane (12) its functions at the initial stage of the flow of the core melt from the reactor vessel (2) into the multilayer vessel (4) and the associated increase in pressure, the membrane (12) is placed in a protected space formed by the thermal protection (6) of the flange (5) multilayer housing (4) and thermal protection (15), suspended from the console truss (3).
После начала поступления охлаждающей воды внутрь многослойного корпуса (4) на корку, находящуюся на поверхности расплава, мембрана (12) продолжает выполнение своих функций по герметизации внутреннего объема многослойного корпуса (4) и разделения внутренних и наружных сред. В режиме устойчивого водяного охлаждения наружной поверхности многослойного корпуса (4) мембрана (12) не разрушается, охлаждаясь водой с внешней стороны.After cooling water begins to flow into the multilayer housing (4) onto the crust located on the surface of the melt, the membrane (12) continues to perform its functions of sealing the internal volume of the multilayer housing (4) and separating the internal and external environments. In the mode of stable water cooling of the outer surface of the multilayer housing (4), the membrane (12) is not destroyed, being cooled by water from the outside.
При отказе подачи охлаждающей воды внутрь многослойного корпуса (4) на корку происходит постепенное разрушение тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) и тепловой защиты (15), постепенно уменьшается зона перекрытия тепловых защит (15 и 6) до полного разрушения зоны перекрытия. С этого момента начинается воздействие теплового излучения на мембрану (12) со стороны зеркала расплава активной зоны. Мембрана (12) начинает нагреваться с внутренней стороны, однако, в связи с небольшой толщиной, лучистый тепловой поток не может обеспечить разрушение мембраны (12), если мембрана (12) находится под уровнем охлаждающей воды.If the supply of cooling water inside the multilayer casing (4) to the crust fails, the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer casing (4) and the thermal protection (15) are gradually destroyed, the overlap area of the thermal protections (15 and 6) is gradually reduced to complete destruction of the overlap zone. From this moment, the effect of thermal radiation on the membrane (12) from the side of the core melt mirror begins. The membrane (12) begins to heat up from the inside, however, due to its small thickness, the radiant heat flow cannot ensure the destruction of the membrane (12) if the membrane (12) is below the cooling water level.
- 5 045164- 5 045164
Для обеспечения разрушения мембраны (12) в условиях отказа подачи охлаждающей воды сверху на корку расплава активной зоны, мембрана (12) соединяется с нижней поверхностью фермы-консоли (3) с помощью элементов (13) термического сопротивления, соединенных друг с другом посредством сварки с образованием контактного зазора (14). Как показано на фиг. 8-10, в зоне стыковки мембраны (12) и нижней поверхностью фермы-консоли (3), по верхнему периметру, формируется карман (39), обеспечивающий ухудшение условий теплообмена со стороны мембраны (12) к воде, которые при наличии тепловой защиты (15) и тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4), закрывающих мембрану (12) от теплового излучения со стороны зеркала расплава, обеспечивают охлаждение мембраны (12), но эти условия ухудшенного теплообмена не могут обеспечить эффективный теплоотвод при сильном нагреве лучистыми тепловыми потоками со стороны зеркала расплава при разрушении тепловых защит (15 и 6).To ensure the destruction of the membrane (12) in conditions of failure of the supply of cooling water from above to the core melt crust, the membrane (12) is connected to the lower surface of the cantilever truss (3) using thermal resistance elements (13), connected to each other by welding with formation of a contact gap (14). As shown in FIG. 8-10, in the area of the junction of the membrane (12) and the lower surface of the cantilever truss (3), along the upper perimeter, a pocket (39) is formed, which ensures deterioration of the heat exchange conditions from the membrane (12) to the water, which, in the presence of thermal protection ( 15) and thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4), covering the membrane (12) from thermal radiation from the side of the melt mirror, provide cooling of the membrane (12), but these conditions of deteriorated heat transfer cannot provide effective heat removal at strong heating by radiant heat flows from the side of the melt mirror during the destruction of thermal protections (15 and 6).
Расстояние от кармана (39) (от места стыковки мембраны (12) с фермой-консолью (3)) до зеркала расплава зависит от уровня охлаждающей воды, чем этот уровень выше, тем дальше находится карман (39) от плоскости теплового излучения зеркала расплава. Для того, чтобы снизить перегрев и разрушение оборудования, расположенного ниже положения кармана (39) выполнены две зоны стыковки мембраны (12) с фермой-консолью (3) и барабаном (34).The distance from the pocket (39) (from the junction of the membrane (12) with the cantilever truss (3)) to the melt mirror depends on the level of cooling water; the higher this level, the further the pocket (39) is located from the plane of thermal radiation of the melt mirror. In order to reduce overheating and destruction of equipment located below the position of the pocket (39), two zones are made for joining the membrane (12) with the console truss (3) and the drum (34).
Первая зона стыковки - зона стыковки мембраны (12) и фермы-консоли (3) обращена к зеркалу расплава и непосредственно нагревается лучистыми тепловыми потоками. Эта зона стыковки имеет карман (39) для организации ухудшенного теплообмена и имеет элементы (13) верхнего термического сопротивления, которые уменьшают перетоки тепла от места стыковки мембраны (12) с фермой-консолью (3). Для этого между мембраной (12) и фермой-консолью (3) устанавливаются, например, дополнительные пластины (40), приварка которых осуществляется только по периметру друг к другу и к ферме-консоли (3). Мембрана (12), приваренная к дополнительной пластине (40), не может передать тепло на большой площади в связи с тем, что как между мембраной (12) и дополнительной пластиной (40), между самими дополнительными пластинами (40), так и между дополнительной пластиной (40) и фермой-консолью (3), существуют верхние контактные зазоры (14), обеспечивающие тепловое сопротивление передаче тепла в толстостенную ферму-консоль (3) (ферма-консоль является толстостенной по отношению к мембране по способности аккумулировать и перераспределять полученное тепло).The first joining zone - the joining zone of the membrane (12) and the cantilever truss (3) faces the melt mirror and is directly heated by radiant heat flows. This docking area has a pocket (39) for organizing deteriorated heat transfer and has elements (13) of upper thermal resistance that reduce heat flow from the junction of the membrane (12) with the cantilever truss (3). To do this, between the membrane (12) and the cantilever truss (3), for example, additional plates (40) are installed, welding of which is carried out only along the perimeter to each other and to the cantilever truss (3). The membrane (12), welded to the additional plate (40), cannot transfer heat over a large area due to the fact that both between the membrane (12) and the additional plate (40), between the additional plates (40) themselves, and between additional plate (40) and the console truss (3), there are upper contact gaps (14) that provide thermal resistance to heat transfer into the thick-walled console truss (3) (the console truss is thick-walled in relation to the membrane in its ability to accumulate and redistribute the resulting warm).
Вторая зона стыковки - зона стыковки мембраны (12) и барабана (34) обращена к зеркалу расплава и непосредственно нагревается лучистыми тепловыми потоками, а сама зона стыковки выполнена с элементами (32) нижнего термического сопротивления, которые уменьшают перетоки тепла от места стыковки мембраны (12) с крышкой (37) барабана (34). Для этого между мембраной (12) и крышкой (37) устанавливаются, например, дополнительные пластины (40), приварка которых осуществляется только по периметру друг к другу и к крышке (37). Мембрана (12), приваренная к дополнительной пластине (40), не может передать тепло на большой площади в связи с тем, что как между мембраной (12) и дополнительной пластиной (40), между самими дополнительными пластинами (40), так и между дополнительной пластиной (40) и крышкой (37), существуют нижние контактные зазоры (33), обеспечивающие тепловое сопротивление передаче тепла в барабан (34), снаружи охлаждаемый водой, как и многослойный корпус (4).The second joining zone - the joining zone of the membrane (12) and the drum (34) is facing the melt mirror and is directly heated by radiant heat flows, and the joining zone itself is made with elements (32) of lower thermal resistance, which reduce heat flows from the place where the membrane (12) is joined ) with the cover (37) of the drum (34). To do this, between the membrane (12) and the cover (37), for example, additional plates (40) are installed, the welding of which is carried out only along the perimeter to each other and to the cover (37). The membrane (12), welded to the additional plate (40), cannot transfer heat over a large area due to the fact that both between the membrane (12) and the additional plate (40), between the additional plates (40) themselves, and between additional plate (40) and cover (37), there are lower contact gaps (33), providing thermal resistance to heat transfer to the drum (34), externally cooled by water, like the multilayer housing (4).
Применение элементов (13) верхнего термического сопротивления с верхним контактным зазором (14) и элементов (32) нижнего термического сопротивления с нижним контактным зазором (33) позволяет снизить мощность лучистых тепловых потоков для обеспечения контролируемого разрушения мембраны (12), и, как следствие, снизить температуру внутри многослойного расплава (4), при этом уменьшается объем разрушения тепловых защит (15 и 6), уменьшаются формоизменения основного оборудования системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора, обеспечивается необходимый запас прочности и повышается надежность.The use of upper thermal resistance elements (13) with an upper contact gap (14) and lower thermal resistance elements (32) with a lower contact gap (33) makes it possible to reduce the power of radiant heat fluxes to ensure controlled destruction of the membrane (12), and, as a consequence, reduce the temperature inside the multilayer melt (4), while reducing the volume of destruction of thermal protections (15 and 6), reducing the shape changes of the main equipment of the system for localizing and cooling the melt of the nuclear reactor core, providing the necessary safety margin and increasing reliability.
Место разрушения мембраны (12) конструктивно проектируется в двух уровнях.The membrane destruction site (12) is structurally designed at two levels.
Первый уровень - в ее верхней части на границе с нижней плоскостью фермы-консоли (3) в зоне, формируемой выше или на уровне положения максимального уровня воды, находящейся вокруг многослойного корпуса (4) с внешней стороны, обеспечивая при разрушении мембраны (12) безнапорное поступление охлаждающей воды, пароводяной смеси или пара во внутреннее пространство многослойного корпуса (4) сверху на корку расплава в зоне, наиболее близко расположенной к внутренней поверхности многослойного корпуса (4).The first level is in its upper part at the border with the lower plane of the console truss (3) in the zone formed above or at the level of the maximum water level located around the multilayer body (4) from the outside, providing free-flow when the membrane (12) is destroyed the entry of cooling water, steam-water mixture or steam into the internal space of the multilayer housing (4) from above onto the melt crust in the area closest to the inner surface of the multilayer housing (4).
Второй уровень - в нижней части мембраны (12) ниже положения максимального уровня воды, находящейся вокруг многослойного корпуса (4) с внешней стороны, обеспечивая при разрушении мембраны (12) безнапорное поступление охлаждающей воды или пароводяной смеси во внутреннее пространство многослойного корпуса (4) сверху на корку расплава в зоне, наиболее близко расположенной к внутренней поверхности многослойного корпуса (4).The second level is in the lower part of the membrane (12) below the position of the maximum water level located around the multilayer casing (4) from the outside, ensuring, when the membrane (12) is destroyed, free flow of cooling water or steam-water mixture into the internal space of the multilayer casing (4) from above onto the melt crust in the area closest to the inner surface of the multilayer body (4).
В случае расположения уровня охлаждающей воды ниже максимального уровня, мембрана (12) разрушается в результате нагревания и деформирования. Этот процесс идет одновременно с разрушением тепловой защиты (15) и тепловой защиты (6) фланца (5) корпуса (4), разрушение и расплавление которых уменьшает затенение мембраны (12) от воздействия лучистых тепловых потоков со стороны зеркала расплава, увеличивая эффективную площадь воздействия теплового излучения на мембрану (12).If the cooling water level is below the maximum level, the membrane (12) is destroyed as a result of heating and deformation. This process occurs simultaneously with the destruction of the thermal protection (15) and thermal protection (6) of the flange (5) of the housing (4), the destruction and melting of which reduces the shading of the membrane (12) from the effects of radiant heat flows from the melt mirror, increasing the effective area of influence thermal radiation onto the membrane (12).
- 6 045164- 6 045164
Процесс разогрева, деформации и разрушения мембраны (12) будет развиваться в следующей последовательности: на первой стадии перегрева мембраны (12) разрушение будет идти сверху вниз до тех пор, пока разрушение мембраны (12) не приведет к поступлению охлаждающей воды внутрь многослойного корпуса (4) на корку расплава, а при недостаточном охлаждении мембраны (12) при ее разрушении на первой стадии, процесс разрушения мембраны (12) переходит во вторую стадию, при которой дополнительно разрушается место соединения мембраны (12) и барабана (34), что приводит к встречному разрушению мембраны (12) - снизу вверх. Эти два процесса обеспечивают поступление воды внутрь многослойного корпуса (4) сверху на корку расплава.The process of heating, deformation and destruction of the membrane (12) will develop in the following sequence: at the first stage of overheating of the membrane (12), destruction will proceed from top to bottom until the destruction of the membrane (12) leads to the entry of cooling water into the multilayer housing (4 ) onto the melt crust, and if the membrane (12) is insufficiently cooled when it is destroyed at the first stage, the process of destruction of the membrane (12) goes into the second stage, in which the junction of the membrane (12) and the drum (34) is further destroyed, which leads to counter destruction of the membrane (12) - from bottom to top. These two processes ensure that water enters the multilayer body (4) from above onto the melt crust.
Для обеспечения процесса разрушения мембраны (12) только сверху вниз или одновременно сверху вниз и снизу вверх, необходимо выполнение двух условий: первое - теплообмен с внешней поверхности мембраны (12) должен ухудшаться, иначе мембрана (12) не разрушится, и второе - необходимо иметь вертикально расположенные неоднородности, обеспечивающие образование трещин. Первое условие достигается применением выпуклой мембраны (12), например, полукруглой, обращенной в сторону охлаждающей воды или пароводяной смеси, в этом случае в зоне ухудшенного теплообмена оказываются две зоны: выше и ниже середины мембраны (12). Применение вогнутой мембраны такого эффекта не дает - в зоне ухудшенного теплообмена находится центр мембраны (12), что не позволяет разогреть зону крепления мембраны (12) к ферме-консоли (3) и к барабану (34) до разрушения. Второе условие достигается изготовлением мембраны (12) из вертикально ориентированных секторов (41), соединенных между собой сварными соединениями (42), которые обеспечивают вертикальные неоднородности, периодически расположенные по периметру мембраны (12), способствующие вертикальному разрушению. Геометрические характеристики мембраны (12) вместе со свойствами применяемых при изготовлении основных и сварочных материалов позволяют обеспечить направленное вертикальное разрушение мембраны (12) при воздействии лучистых тепловых потоков со стороны зеркала расплава. В результате, мембрана (12) не только герметизирует внутренний объем многослойного корпуса (4) от неконтролируемого поступления воды, охлаждающей наружную поверхность многослойного корпуса (4) при нормальной (штатной) подаче воды на поверхность расплава, но и защищает многослойный корпус (4) от перегрева при отказе подачи охлаждающей воды внутрь многослойного корпуса (4) на расплав.To ensure the process of destruction of the membrane (12) only from top to bottom or simultaneously from top to bottom and bottom up, two conditions must be met: first, heat transfer from the outer surface of the membrane (12) must deteriorate, otherwise the membrane (12) will not collapse, and second, it is necessary to have vertically located inhomogeneities that ensure the formation of cracks. The first condition is achieved by using a convex membrane (12), for example, a semicircular one, facing the cooling water or steam-water mixture; in this case, there are two zones in the zone of deteriorated heat transfer: above and below the middle of the membrane (12). The use of a concave membrane does not give such an effect - the center of the membrane (12) is located in the zone of deteriorated heat transfer, which does not allow heating the area of attachment of the membrane (12) to the console truss (3) and to the drum (34) to the point of destruction. The second condition is achieved by manufacturing a membrane (12) from vertically oriented sectors (41), interconnected by welded joints (42), which provide vertical inhomogeneities periodically located along the perimeter of the membrane (12), promoting vertical destruction. The geometric characteristics of the membrane (12), together with the properties of the base and welding materials used in the manufacture, make it possible to ensure directed vertical destruction of the membrane (12) when exposed to radiant heat flows from the side of the melt mirror. As a result, the membrane (12) not only seals the internal volume of the multilayer body (4) from the uncontrolled flow of water cooling the outer surface of the multilayer body (4) during normal (standard) water supply to the surface of the melt, but also protects the multilayer body (4) from overheating when there is a failure to supply cooling water inside the multilayer housing (4) to the melt.
Как показано на фиг. 1, 3, 4, внутри многослойного корпуса (4) установлена тепловая защита (15). Тепловая защита (15) подвешивается к фланцу (28) фермы-консоли (3) посредством термопрочных крепежных изделий (19), устанавливаемых в теплоизолирующий фланец (18) с контактным межфланцевым зазором (29), расположенным между теплоизолирующим фалнцем (18) и фланцем (28) фермы-консоли. Как показано на фиг. 1, 6, тепловая защита (15) устанавливается таким образом, что перекрывает верхнюю часть тепловой защиты (6) фланца (5) многослойного корпуса (4), между которыми в зоне перекрытия установлена кольцевая перемычка (16) с пропускными отверстиями (17).As shown in FIG. 1, 3, 4, a thermal protection (15) is installed inside the multilayer housing (4). Thermal protection (15) is suspended from the flange (28) of the console truss (3) by means of heat-resistant fasteners (19) installed in the heat-insulating flange (18) with a contact interflange gap (29) located between the heat-insulating flange (18) and the flange ( 28) console farms. As shown in FIG. 1, 6, the thermal protection (15) is installed in such a way that it covers the upper part of the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4), between which an annular jumper (16) with through holes (17) is installed in the overlap area.
Как показано на фиг. 3, 4 конструктивно тепловая защита (15) состоит из теплоизолирующего фланца (18), соединяемого с фланцем фермы-консоли (3) посредством термопрочных крепежных изделий (19), внешней обечайки (21), внутренней обечайки (24), днища (22), вертикальных ребер (20). Пространство между внешней обечайкой (21), днищем (22) и внутренней обечайкой (24) заполнено плавящимся бетоном (26). Плавящийся бетон (26) обеспечивает поглощение теплового излучения со стороны зеркала расплава во всем диапазоне своего разогрева и фазового превращения из твердого состояния в жидкость. Кроме того, в состав тепловой защиты (15) входят вертикальные арматурные стержни (23), длинные радиальные арматурные стержни (25), а также короткие радиальные арматурные стержни (27), армирующие плавящийся бетон. Внешняя обечайка (21) выполнена таким образом, что ее прочность выше прочности внутренней обечайки (24) и днища (22).As shown in FIG. 3, 4, structurally, thermal protection (15) consists of a heat-insulating flange (18), connected to the flange of the cantilever truss (3) by means of heat-resistant fasteners (19), outer shell (21), inner shell (24), bottom (22) , vertical ribs (20). The space between the outer shell (21), the bottom (22) and the inner shell (24) is filled with melting concrete (26). Fusible concrete (26) ensures the absorption of thermal radiation from the side of the melt mirror throughout the entire range of its heating and phase transformation from solid to liquid. In addition, the thermal protection (15) includes vertical reinforcing bars (23), long radial reinforcing bars (25), as well as short radial reinforcing bars (27) reinforcing the melting concrete. The outer shell (21) is made in such a way that its strength is higher than the strength of the inner shell (24) and the bottom (22).
Как показано на фиг. 6, кольцевая перемычка (16) с отверстиями (17) обеспечивает перекрытие щелевого зазора между тепловой защитой (6) фланца (5) многослойного корпуса (4) и тепловой защитой (15), и образует, своего рода, газодинамический демпфер, что позволяет обеспечить необходимое гидравлическое сопротивление при движении парогазовой смеси из внутреннего объема корпуса (2) реактора в пространство, расположенное за внешней поверхностью тепловой защиты (15), и снизить скорость роста давления на периферии, одновременно увеличивая время роста этого давления, что обеспечивает необходимое время для выравнивания давления внутри и снаружи многослойного корпуса (4). Наиболее активно движение парогазовой смеси происходит в момент разрушения корпуса ядерного реактора (2) на начальной стадии вытекания расплава активной зоны. Остаточное давление в корпусе ядерного реактора (2) воздействует на газовую смесь, находящуюся в многослойном корпусе (4), что приводит к росту давления и на периферии внутреннего объема многослойного корпуса (4).As shown in FIG. 6, the annular jumper (16) with holes (17) ensures the overlap of the slot gap between the thermal protection (6) of the flange (5) of the multilayer housing (4) and the thermal protection (15), and forms a kind of gas-dynamic damper, which makes it possible to ensure the necessary hydraulic resistance when moving the vapor-gas mixture from the internal volume of the reactor housing (2) into the space located behind the outer surface of the thermal protection (15), and reduce the rate of pressure growth at the periphery, while simultaneously increasing the time of growth of this pressure, which provides the necessary time for pressure equalization inside and outside the multilayer casing (4). The most active movement of the vapor-gas mixture occurs at the moment of destruction of the nuclear reactor vessel (2) at the initial stage of the outflow of the core melt. The residual pressure in the nuclear reactor vessel (2) affects the gas mixture located in the multilayer vessel (4), which leads to an increase in pressure at the periphery of the internal volume of the multilayer vessel (4).
Таким образом, применение барабана, мембраны, тепловой защиты в составе системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора позволяет повысить надежность системы локализации и охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора эффективность отвода тепла от расплава активной зоны ядерного реактора за счет обеспечения герметизации многослойного корпуса от затопления водой, поступающей для охлаждения наружной поверхности многослойного корпуса, независимых радиально-азимутальных тепловых расширений фермы-консоли, независимых перемещений фермы-консоли и многослойного корпуса при сейсмических и ударных механических воздействиях на эле-Thus, the use of a drum, membrane, thermal protection as part of the system for localizing and cooling the melt of a nuclear reactor core makes it possible to increase the reliability of the system for localizing and cooling the melt of a nuclear reactor core, the efficiency of heat removal from the melt of a nuclear reactor core by ensuring the sealing of the multilayer casing from flooding water supplied to cool the outer surface of the multilayer casing, independent radial-azimuthal thermal expansions of the cantilever truss, independent movements of the cantilever truss and the multilayer casing under seismic and shock mechanical impacts on the electrical
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111299 | 2020-03-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA045164B1 true EA045164B1 (en) | 2023-10-31 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2736544C1 (en) | Nuclear reactor core melt localization and cooling system | |
| WO2021188008A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| US11521759B2 (en) | Melt confinement device | |
| EA045164B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT | |
| US20230268086A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| EA044052B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT | |
| US20230268087A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| US20230162876A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| RU2750230C1 (en) | Localization and cooling system for core melt of nuclear reactor | |
| JPS62112094A (en) | Liquid metal cooling type reactor structure | |
| RU2758496C1 (en) | Nuclear reactor core melt localization and cooling system | |
| EA044620B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT | |
| EA044696B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT | |
| RU2810515C1 (en) | Truss console of melt localization device (options) | |
| US20240055143A1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| EA045342B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT | |
| EA045312B1 (en) | SYSTEM FOR LOCALIZATION AND COOLING OF A NUCLEAR REACTOR CORE MELT |