RU2382939C1

RU2382939C1 - Expansion joint

Info

Publication number: RU2382939C1
Application number: RU2008150131/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Федорович Пивин (RU); Иван Федорович Пивин
Original assignee: Иван Федорович Пивин
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-02-27

Abstract

FIELD: heating systems.

SUBSTANCE: invention refers to power engineering and can be used for steam generators of nuclear power stations with liquid-metal heat carrier at compensation of thermal expansions of the latter. There proposed is expansion joint, mainly of volume expansions at thermal effect on liquid-metal heat carrier of sectional steam generator, which contains housing with lower supply and discharge branch pipes of liquid-metal heat carrier and upper gaseous medium discharge branch pipes; separation shells and gas outlet caps, which are located in housing and the former of which are installed under the latter and the lower part of which is connected to heat carrier supply branch pipes, and the upper part - to housing cavity. Housing is provided with corrugated plates and partitions; at that, corrugated plates are made in the form of flattened cones the larger bases of which face lower liquid-metal heat carrier discharge branch pipes and together with partitions installed between gas outlet caps, they are located in housing below level of liquid-metal heat carrier.

EFFECT: such construction provides the possibility of performing damping compensation of volume expansions of heat carrier and decreasing metal dust deposit on surfaces of heat carrier path, thus increasing operating reliability of the design as a whole.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве устройства при компенсации объемных расширений теплового воздействия на жидкометаллический теплоноситель в секционном парогенераторе корабельной ядерной энергетической установки.The invention relates to a heat exchange technique and is intended for use as a device for compensating for volumetric expansion of thermal effects on a liquid metal coolant in a sectional steam generator of a ship nuclear power plant.

Известен компенсатор объема секционного парогенератора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий установленные в корпусе перфорированные сепарационные стаканы и газоотводящие колпаки, первые из которых установлены под вторыми и снабжены газопроницаемыми поперечными перегородками из пористого материала для предотвращения заброса теплоносителя в колпаки, причем колпаки имеют форму усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями в сторону стаканов, а перегородки последних образованы засыпкой из гранул с удельным весом, меньшим удельного веса теплоносителя.A known volume compensator for a sectional steam generator with a liquid metal coolant containing perforated separation cups and gas exhaust hoods installed in the housing, the first of which are installed under the second and provided with gas-permeable transverse partitions of porous material to prevent the coolant from being thrown into the hoods, the hoods having the shape of truncated smaller cones, the bases towards the glasses, and the septa of the latter are formed by backfilling of granules with a specific gravity of lower specific gravity of the heat carrier.

Недостатком предлагаемой конструкции компенсатора является недостаточная надежность по сепарации газа через гранулы, выполненные из пористого металла, поскольку последний при эксплуатации имеет тенденцию забиваться шлаками жидкометаллического теплоносителя. Кроме того, при пиковых возмущениях жидкометаллического теплоносителя газовые пузыри из легких гранул будут под его воздействием жестко взаимодействовать со стенками сепарационного стакана, что, с одной стороны, может послужить причиной их быстрого износа, а с другой - создаст нежелательные виброакустические характеристики корабельной установки в целом, тельное сопротивление газопроницаемой перегородки, выполненной из пористого металла, также отсутствует стабилизация возмущений теплоносителя в начальный стадии заполнения сепарационных стаканов, что приводит к нестабильному контролю над соответствующей секцией парогенератора.The disadvantage of the proposed design of the compensator is the lack of reliability in the separation of gas through granules made of porous metal, since the latter during operation tends to become clogged with liquid metal coolant slags. In addition, during peak disturbances of the liquid metal coolant, gas bubbles from light granules will rigidly interact with the walls of the separation cup under its influence, which, on the one hand, can cause their rapid wear, and on the other hand, create undesirable vibro-acoustic characteristics of the ship installation as a whole, The resistance of the gas-permeable septum made of porous metal also does not stabilize the coolant perturbations in the initial stage of separation glasses, which leads to unstable control over the corresponding section of the steam generator.

Известна буферная емкость парогенератора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащая барабан с подводящими трубопроводами и средства контроля за составом теплоносителя, причем каждый трубопровод введен внутрь барабана под отдельный, установленный над ним, колокол, а датчики средств контроля помещены внутрь колокола [а.с. СССР 567893].Known buffer capacity of a steam generator with a liquid metal coolant, containing a drum with supply pipelines and means for controlling the composition of the coolant, each pipe being introduced inside the drum under a separate bell installed above it, and the sensors of the means of control are placed inside the bell [a.s. USSR 567893].

Недостатками буферной емкости являются низкая чувствительность метода индикации течи воды в жидкометаллический теплоноситель, основанного на определении содержания водорода над уровнем теплоносителя в буферной емкости, и, как следствие, невозможность определения межконтурного разуплотнения соответствующей секции парогенератора.The disadvantages of the buffer tank are the low sensitivity of the method for indicating water leakage in the liquid metal coolant, based on the determination of the hydrogen content above the coolant level in the buffer tank, and, as a consequence, the inability to determine the inter-circuit decompression of the corresponding section of the steam generator.

Технический результат предлагаемого изобретения - улучшение надежности сепарации газа путем частичной рециркуляции теплоносителя, поступающего в выходной патрубок.The technical result of the invention is to improve the reliability of gas separation by partial recirculation of the coolant entering the outlet pipe.

Указанный технический результат достигается в компенсаторе, преимущественно объемных расширений при тепловом воздействии на жидкометаллический теплоноситель секционного парогенератора, содержащем корпус с нижними патрубками подвода и отвода жидкометаллического теплоносителя и верхними патрубками отвода газообразной среды, размещенные в корпусе сепарационные стаканы и газоотводящие колпаки, первые из которых установлены под вторыми и подключены в нижней части к патрубкам подвода теплоносителя, а в верхней - к полости корпуса. Компенсатор снабжен перфорированными листами и перегородками, причем перфорированные листы выполнены в форме усеченных конусов, большие основания которых обращены к нижним патрубкам отвода жидкометаллического теплоносителя и совместно с перегородками, установленными между газоотводящими колпаками, расположены ниже уровня жидкометаллического теплоносителя в корпусе.The indicated technical result is achieved in the compensator, mainly of volumetric expansions due to the thermal effect on the liquid metal coolant of a sectional steam generator, comprising a housing with lower nozzles for supplying and discharging a liquid metal coolant and upper nozzles for venting a gaseous medium, separation cups and gas outlet caps placed in the housing, the first of which are installed under second and connected in the lower part to the coolant supply pipes, and in the upper part to the body cavity. The compensator is equipped with perforated sheets and partitions, and the perforated sheets are made in the form of truncated cones, the large bases of which are facing the lower branch pipes of the liquid metal coolant and, together with the partitions installed between the gas outlet caps, are located below the level of the liquid metal coolant in the housing.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 представлен продольный разрез конструкции компенсатора;figure 1 presents a longitudinal section of the design of the compensator;

на фиг.2 представлен поперечный разрез компенсатора.figure 2 presents a cross section of the compensator.

Компенсатор, преимущественно объемных расширений жидкометаллического теплоносителя секционного парогенератора, содержит корпус 0 с нижними патрубками подвода 1 и отвода 2 жидкометаллического теплоносителя, патрубок 3 выхода газообразной смеси. Внутренний объем корпуса 0 снабжен газоотводящими колпаками 4, соединенными с сепарационными стаканами 5, причем последние выполнены с перфорацией 6. Каждый колпак 4 имеет форму усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к сепарационному стакану 5, и соединен жестко с последним. В колпаке 4 осуществляется засыпка гранул 7 жидкометаллического теплоносителя. Сепарационный стакан 5 сообщен с патрубком 1 подвода жидкометаллического теплоносителя, соединенным тангенциально со стаканом 5. Уровень засыпки гранул 7 жидкометаллического теплоносителя расположен над верхней образующей патрубка 1 подвода жидкометаллического теплоносителя. Над каждым газоотводящим колпаком 4 расположен дозатор 8 гранул 7, содержащий в нижней части шибер 9, связанный с регулирующий клапаном 10. Патрубок 1 подвода жидкометаллического теплоносителя в объеме корпуса 0 в отдельно выделенной герметичной емкости 11 соединен с рециркуляционным трубопроводом 12, в тракте которого размещен инжектор 13, причем последний соединен с инжекционным трубопроводом 14, прикрепленным к корпусу 0 с помощью опор 15 для подсоса газа из полости 16, образуемой листом 17 с перфорацией 18 и стенкой каждого газоотводящего колпака 4. Патрубок 1 подвода жидкометаллического теплоносителя в объеме перфорированного стакана 5 имеет защитную решетку 19.The compensator, mainly volumetric expansion of the liquid metal coolant sectional steam generator, contains a housing 0 with the lower nozzles of the inlet 1 and outlet 2 of the liquid metal coolant, pipe 3 of the outlet of the gaseous mixture. The internal volume of the housing 0 is equipped with exhaust hoods 4 connected to the separation cups 5, the latter being perforated 6. Each hood 4 has the shape of a truncated cone facing the separation cup 5 with a smaller base and is rigidly connected to the latter. In the cap 4 is the filling of granules 7 of the liquid metal coolant. The separation cup 5 is in communication with a nozzle 1 for supplying a liquid metal coolant connected tangentially to a cup 5. The level of filling of granules 7 of a liquid metal coolant is located above the upper generatrix of the nozzle 1 for supplying a liquid metal coolant. Above each gas outlet cap 4 there is a dispenser 8 of granules 7 containing in the lower part a gate 9 connected to a control valve 10. A pipe 1 for supplying a liquid metal coolant in the volume of the housing 0 in a separate sealed container 11 is connected to a recirculation pipe 12, in the path of which an injector is placed 13, the latter being connected to an injection pipe 14 attached to the housing 0 by means of supports 15 for sucking gas from a cavity 16 formed by a sheet 17 with perforation 18 and the wall of each exhaust hood a 4. The pipe 1 for supplying a liquid metal coolant in the volume of the perforated glass 5 has a protective grid 19.

Компенсатор работает следующим образом.The compensator works as follows.

При пуске либо в режиме эксплуатационных переменных нагрузок, когда существует большая вероятность возникновения пиковых возмущений потока жидкометаллического теплоносителя, поступающего по патрубку подвода 1 в сепарационный стакан 5, с помощью регулирующего клапана 10 открывают шибер 9 дозатора 8 гранул 7, установленного над газоотводящим колпаком 4. В дозаторе 8 размещают такое количество гранул 7 жидкометаллического теплоносителя, чтобы при засыпке уровень гранул 7 полностью перекрывал верхнюю образующую патрубка подвода 1. Исключение попадания гранул 7 в патрубок подвода 1 достигается защитной решеткой 19 при входе в сепарационный стакан 5, тем самым достигается заданный уровень засыпки гранул 7 при каждом срабатывании дозатора 8 гранул 7. Поэтому в момент пиковых возмущений жидкометаллический теплоноситель, поступая в сепарационные стаканы 5, сначала начинает взаимодействовать с гранулами 7, имеющими нерасплавленную структуру. В связи с чем тепло расплавленного теплоносителя в большой степени тратится на растворение гранул 7. Учитывая, что размер гранул 7 больше, чем перфорация 6 сепарационных стаканов 5, исключается процесс выдавливания в полость корпуса 0. Тем самым достигается гашение пика возмущений жидкометаллического теплоносителя в начальный момент пуска либо при переходе с одного режима эксплуатации на другой, а также исключается заброс жидкометаллического теплоносителя в газоотводящие колпаки 4. Теплоноситель, попадая в сепарационные стаканы 5, отделяется от газа, образуемого при взаимодействии его с водой либо паром, поступающим через микротечи парогенератора. Газ частично поступает в газоотводящие колпаки 4 и выходит через патрубки 3, а часть газа вместе с теплоносителем попадает в полость корпуса 0. Здесь происходит дальнейшее разделение на компоненты, причем наиболее отсепарированная часть собирается в дополнительных полостях 16, поступая через перфорацию 18 листов 17. Часть газа вместе с теплоносителем поступает в патрубок 2 вывода жидкометаллического теплоносителя, откуда часть теплоносителя по рециркуляционному трубопроводу 12 с помощью инжектора 13 вновь подается через патрубок подвода. Инжектор 13 осуществляет подсос газа из полости 16 за счет инжекционных трубопроводов 14, закрепленных на корпусе 0 с помощью опор 15. Инжекторы 13 для удобства монтажа компонуются в отдельно выделенной герметичной емкости 11, доступной для обслуживания.When starting up or in operating variable load conditions, when there is a high probability of peak disturbances in the liquid metal coolant flow coming through the supply pipe 1 to the separation cup 5, using the control valve 10, open the gate 9 of the dispenser 8 of the granules 7 installed above the exhaust hood 4. B dispenser 8 is placed such a number of granules 7 of the liquid metal coolant, so that when filling the level of granules 7 completely overlaps the upper generatrix of the supply pipe 1. Exception the ingress of granules 7 into the supply pipe 1 is achieved by a protective grill 19 at the entrance to the separation cup 5, thereby achieving a predetermined level of filling granules 7 with each actuation of the dispenser 8 of granules 7. Therefore, at the time of peak disturbances, the liquid metal coolant entering the separation cups 5 first starts interact with granules 7 having an unmelted structure. In connection with this, the heat of the molten coolant is spent to a large extent on the dissolution of granules 7. Considering that the size of the granules 7 is larger than the perforation 6 of the separation cups 5, the process of extrusion into the cavity of the housing 0 is eliminated. Thus, the peak of disturbances of the liquid metal coolant at the initial moment is achieved. start-up or during the transition from one operating mode to another, and the liquid metal coolant is not thrown into the exhaust hoods 4. The coolant entering the separation cups 5 separates tsya from gas generated by reacting it with water or steam entering the steam generator through microleakage. The gas partially enters the exhaust hoods 4 and exits through the nozzles 3, and part of the gas, together with the coolant, enters the cavity of the housing 0. Here, there is a further separation into components, the most separated part being collected in additional cavities 16, coming through the perforation of 18 sheets 17. Part gas together with the coolant enters the pipe 2 of the output of the liquid metal coolant, from where part of the coolant through the recirculation pipe 12 through the injector 13 is again fed through the supply pipe. The injector 13 carries out the suction of gas from the cavity 16 due to the injection pipelines 14, mounted on the housing 0 by means of supports 15. The injectors 13 are mounted in a separate sealed container 11, which is accessible for maintenance, for ease of installation.

Применение компенсатора предлагаемого вида дает возможность осуществлять демпферную компенсацию объемных расширений теплоносителя и определить межконтурную неплотность парогенератора. Организация рециркуляции ЖМТ приводит к надежной сепарации газа и его гарантированному удалению из контура установки. Уменьшение металлической пыли в газе позволяет снизить ее распространение по тракту движения, так как ее оседание на поверхностях этого тракта приводит как к повышению радиационного фона оборудования, так и забиванию пор фильтра, и, тем самым, повысить эксплуатационную надежность конструкции корабельной ядерной установки в целом.The use of the compensator of the proposed type makes it possible to carry out damper compensation of the volumetric expansion of the coolant and determine the inter-circuit leakage of the steam generator. The organization of the recycling of the liquid metal fuel leads to reliable gas separation and its guaranteed removal from the installation circuit. The reduction of metal dust in the gas allows to reduce its distribution along the path of movement, since its subsidence on the surfaces of this path leads to both an increase in the radiation background of the equipment and clogging of the filter pores, and thereby increase the operational reliability of the design of the ship’s nuclear installation as a whole.

Claims

Compensator, mainly of volumetric expansions due to the thermal effect on the liquid metal coolant of a sectional steam generator, comprising a housing with lower nozzles for supplying and removing the liquid metal coolant and upper nozzles for venting the gaseous medium, separation cups and gas exhaust caps placed in the housing, the first of which are installed under the second and connected to the lower parts to the coolant supply pipes, and in the upper part to the body cavity, characterized in that it is provided with perforated sheet E and baffles, the perforated sheets are in the form of truncated cones whose larger base facing the bottom nozzles discharge liquid metal coolant and together with the partitions installed between the vent caps are arranged below the level of liquid metal coolant in the housing.