RU2795981C1 - Nuclear reactor core - Google Patents
Nuclear reactor core Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795981C1 RU2795981C1 RU2022125588A RU2022125588A RU2795981C1 RU 2795981 C1 RU2795981 C1 RU 2795981C1 RU 2022125588 A RU2022125588 A RU 2022125588A RU 2022125588 A RU2022125588 A RU 2022125588A RU 2795981 C1 RU2795981 C1 RU 2795981C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- spacer
- vertical channels
- channels
- nuclear reactor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области обеспечения безопасной эксплуатации атомных электростанций (АЭС) в различных режимах, включая аварийные, и направлено на предотвращение засорения активной зоны реактора дебрисом.The invention relates to the field of ensuring the safe operation of nuclear power plants (NPP) in various modes, including emergency, and is aimed at preventing clogging of the reactor core with debris.
Предшествующий уровень техникиPrior Art
При работе АЭС в активной зоне ядерного реактора постоянно циркулирует теплоноситель (в водо-водяных реакторах - вода), забирающий тепло из активной зоны и передающий его в дальнейшем на турбину для выработки электроэнергии. В случае аварии на АЭС циркуляция теплоносителя обеспечивает отвод остаточного тепла из активной зоны, что является крайне важным для предотвращения перегрева активной зоны, который может привести к самым тяжелым последствиям. При аварии с потерей теплоносителя под воздействием динамического воздействия струи из разрыва происходит разрушение теплоизоляционных покрытий, покрытий стен, других строительных и металлических конструкций. В результате образуется дебрис, в который включается также дебрис, постоянно присутствующий в помещениях контайнмента (латентный дебрис).During the operation of a nuclear power plant in the core of a nuclear reactor, a coolant constantly circulates (in pressurized water reactors - water), which takes heat from the core and transfers it further to the turbine to generate electricity. In the event of an accident at a nuclear power plant, the circulation of the coolant ensures the removal of residual heat from the core, which is extremely important to prevent overheating of the core, which can lead to the most serious consequences. In an accident with loss of coolant, under the influence of the dynamic impact of a jet from a gap, thermal insulation coatings, wall coatings, and other building and metal structures are destroyed. As a result, debris is formed, which also includes debris that is constantly present in the containment rooms (latent debris).
Этот дебрис потоком теплоносителя, вытекающего из разрыва, доставляется в приямок (бак-приямок). Из баков-приямков теплоноситель насосами систем аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) подается обратно в активную зону. Поскольку теплоноситель загрязнен, перед насосами САОЗ установлены фильтры, однако часть дебриса проникает через фильтры и, следовательно, может попасть в активную зону реактора. Особенно опасен волокнистый дебрис, который может задерживаться в узких местах и блокировать расход теплоносителя, приводя к перегреву стенок тепловыделяющих элементов (твэлов) в местах такой блокировки. Наиболее вероятным местом застревания дебриса и, соответственно, блокировки расхода теплоносителя являются дистанцирующие решетки тепловыделяющих сборок.This debris is delivered to the sump (sump tank) by the flow of coolant flowing out of the gap. From the sump tanks, the coolant is fed back to the core by pumps of the emergency core cooling systems (ECCS). Since the coolant is contaminated, filters are installed in front of the ECCS pumps, however, part of the debris penetrates through the filters and, therefore, can enter the reactor core. Fibrous debris is especially dangerous, which can linger in narrow places and block the coolant flow, leading to overheating of the walls of fuel elements (fuel elements) in places of such blocking. The most likely place for debris to get stuck and, accordingly, to block the coolant flow is the spacer grids of the fuel assemblies.
Для решения этой проблемы предлагались различные технические решения.Various technical solutions have been proposed to solve this problem.
Известен модульный радиальный нейтронный рефлектор (US 8615065, опубл. 28.04.2011), расположенный в активной зоне ядерного реактора и имеющий структуру, которая соответствует внутренней структуре активной зоны и контактирует с ней по всей ее длине, рефлектор неподвижно соединен с внутренней поверхностью активной зоны множеством креплений.Known modular radial neutron reflector (US 8615065, publ. 28.04.2011), located in the core of a nuclear reactor and having a structure that corresponds to the internal structure of the core and in contact with it along its entire length, the reflector is fixedly connected to the inner surface of the core by a set fasteners.
Наиболее близким к заявленному изобретению по достигаемому техническому результату и функциональному назначению является ядерный реактор с активной зоной (Technical evaluation report of in-vessel debris effects, WCAP-17788-NP, Enclosure December 2019, Volume 1, Revision 1), в которой вертикально установлены тепловыделяющие сборки, скрепленные дистанцирующими решетками, и вертикальными каналами, выполненными по окружности активной зоны с возможностью протекания по ним теплоносителя и соединенными с активной зоной горизонтальными каналами с возможностью его подачи в активную зону.The closest to the claimed invention in terms of the achieved technical result and functionality is a nuclear reactor with an active zone (Technical evaluation report of in-vessel debris effects, WCAP-17788-NP, Enclosure December 2019,
Недостатком этих решений является возможность накопления дебриса, принесенного потоком теплоносителя, у дистанцирующих решеток с последующей блокировкой дебрисом потока теплоносителя, что может привести к перегреву активной зоны и тяжелой аварии.The disadvantage of these solutions is the possibility of accumulation of debris brought by the coolant flow near the spacer grids with subsequent blockage of the coolant flow by the debris, which can lead to core overheating and a severe accident.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей заявленного изобретения является создание ядерного реактора с активной зоной повышенной безопасности за счет обеспечения ее охлаждения в аварийных режимах.The objective of the claimed invention is to create a nuclear reactor with an increased safety core by providing its cooling in emergency conditions.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение безопасности эксплуатации ядерного реактора за счет обеспечения охлаждения его активной зоны в аварийных режимах.The technical result of the claimed invention is to increase the safety of operation of a nuclear reactor by providing cooling of its core in emergency conditions.
Технический результат достигается тем, что в известном ядерном реакторе, содержащем активную зону, ограниченную верхней и нижней плитами, с установленными в ней вертикально тепловыделяющими сборками, состоящими из тепловыделяющих элементов, скрепленных дистанцирующими решетками, вертикальные каналы, выполненные по окружности активной зоны с возможностью протекания по ним теплоносителя через верхнюю и нижнюю плиту и соединенные с активной зоной горизонтальными каналами с возможностью его подачи в активную зону что каждой дистанцирующей решетке, примыкающей к вертикальным каналам, соответствует не менее одного горизонтального канала, каждый из которых установлен в непосредственной близости от дистанцирующей решетки выше или ниже нее.The technical result is achieved by the fact that in a known nuclear reactor containing a core bounded by the upper and lower plates, with fuel assemblies installed vertically in it, consisting of fuel elements fastened with spacer grids, vertical channels made around the circumference of the core with the possibility of flowing along coolant through the upper and lower plates and connected to the core by horizontal channels with the possibility of its supply to the core that each spacer grid adjacent to the vertical channels corresponds to at least one horizontal channel, each of which is installed in close proximity to the spacer grid above or below her.
Предпочтительно снабдить одну часть вертикальных каналов фильтрующими решетками в части, проходящей через верхнюю плиту, а другая часть - в части, проходящей через нижнюю плиту, при этом характерный размер ячейки живого сечения фильтрующих решеток выполнить равным таковому у дистанцирующих решеток.It is preferable to provide one part of the vertical channels with filter gratings in the part passing through the upper plate, and the other part in the part passing through the lower plate, while the characteristic cell size of the living section of the filter gratings is equal to that of the spacer gratings.
Целесообразно расположить горизонтальные каналы, соединяющие активную зону с вертикальными каналами, снабженными фильтрующей решеткой в части, проходящей через верхнюю плиту, выше дистанцирующих решеток, а горизонтальные каналы, соединяющие активную зону с вертикальными каналами, снаюженными фильтрующей решеткой в части, проходящей через нижнюю плиту, - ниже дистанцирующих решеток.It is advisable to arrange the horizontal channels connecting the active zone with the vertical channels equipped with a filter grate in the part passing through the upper plate, above the spacer gratings, and the horizontal channels connecting the active zone with the vertical channels equipped with a filter grate in the part passing through the bottom plate - below the spacer bars.
Краткое описание фигур чертежейBrief description of the figures of the drawings
На фиг. 1 изображена активная зона ядерного реактора согласно заявленному изобретению.In FIG. 1 shows the core of a nuclear reactor according to the claimed invention.
На фиг. 2 изображена работа активной зоны ядерного реактора при блокировке ряда дистанцирующих решеток дебрисом.In FIG. 2 shows the operation of the core of a nuclear reactor when a number of spacer grids are blocked by debris.
На фиг. 3 изображена работа активной зоны ядерного реактора при блокировке ряда дистанцирующих решеток дебрисом при обратном направлении течения теплоносителя.In FIG. 3 shows the operation of the core of a nuclear reactor when a number of spacer grids are blocked by debris in the reverse direction of the coolant flow.
На фиг. 4 изображена активная зона ядерного реактора с фильтрующими решетками во входных и выходных отверстиях вертикальных каналов.In FIG. 4 shows the active zone of a nuclear reactor with filter grids in the inlet and outlet openings of the vertical channels.
На фиг. 5 изображена работа активной зоны ядерного реактора с фильтрующими решетками во входных и выходных отверстиях вертикальных каналов при блокировке ряда дистанцирующих решеток дебрисом.In FIG. 5 shows the operation of the core of a nuclear reactor with filter grids in the inlet and outlet openings of the vertical channels when a number of spacer grids are blocked by debris.
На фиг. 6 изображена работа активной зоны ядерного реактора с фильтрующими решетками во входных и выходных отверстиях вертикальных каналов при блокировке нескольких рядов дистанцирующих решеток дебрисом.In FIG. 6 shows the operation of the core of a nuclear reactor with filter grids in the inlet and outlet openings of the vertical channels when several rows of spacer grids are blocked by debris.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Ядерный реактор в предпочтительном варианте содержит активную зону 1, в которой вертикально установлены тепловыделяющие сборки 2, на разных уровнях скрепленные дистанцирующими решетками 3. Активная зона 1 ограничена верхней плитой 4 и нижней плитой 5 соответственно сверху и снизу. Обе плиты 4 и 5 приспособлены в числе прочего для установки и фиксации тепловыделяющих сборок 2, а также вертикальных каналов 7, образованных в предпочтительном варианте в корпусе выгородки 6. В верхней 4 и нижней 5 плитах выполнены соответственно верхние 9 и нижние 8 отверстия, обеспечивающие возможность подачи теплоносителя в вертикальные каналы 7 и отвода ее из них. В стенке, отделяющей вертикальные каналы 7 от активной зоны 1, в непосредственной близости от дистанцирующих решеток 3 выполнены каналы 10, обеспечивающие подачу теплоносителя из вертикальных каналов 7 в активную зону 1, либо в некоторых вариантах изобретения - наоборот: из активной зоны 1 в вертикальные каналы 7. Во входных 8 либо выходных 9 отверстиях некоторых вертикальных каналов 7 установлены фильтрующие решетки 11 с характерным размером ячейки живого сечения таким же, как у дистанцирующих решеток 3 активной зоны 1.The nuclear reactor preferably contains a
Работа ядерной реактора с активной зоной 1 в аварийных режимах может происходить различным образом в зависимости от варианта исполнения. В первом варианте, показанном на фиг. 1, часть горизонтальных каналов 7 выполнена в непосредственной близости от дистанцирующих решеток 3, примыкающих к вертикальному каналу 7, несколько выше их, а часть - несколько ниже. В случае полной блокировки дебрисом какой-либо из дистанцирующих решеток 3, либо даже целого ряда дистанцирующих решеток 3, как показано на фиг. 2, теплоноситель будет протекать через активную зону, охлаждая ее, до блокированной дистанцирующей решетки 3, после чего уходить по горизонтальным каналам 10 в вертикальный канал 7 в верхнюю камеру реактора, где будет смешиваться с основным потоком, выходящим из активной зоны. Это обеспечит охлаждение активной зоны и тем самым предотвратит неблагоприятное развитие аварийного режима.The operation of a nuclear reactor with an
Подключение активной зоны под решетками и над решетками к различным горизонтальным каналам 10 выгородки 6 позволяет упорядочить подвод и отвод теплоносителя в зависимости от места разрыва. Если разрыв происходит по стороне горячей нитки реакторной установки, то общее движение теплоносителя происходит от САОЗ в холодную нитку, через активную зону 1 и выгородку 6 снизу вверх, и в случае блокировки дебрисом работа активной зоны проходит так, как описано выше. Если же разрыв происходит по стороне холодной нитки, то направление течения через активную зону меняется, поскольку теплоноситель течет в разрыв. Общее движение теплоносителя в этом случае происходит от САОЗ в горячую нитку через активную зону 1 и выгородку 6 сверху вниз, и в случае блокировки дебрисом теплоноситель течет через активную зону 1 до места блокировки и уходит через выгородку 6 в горизонтальные каналы 10, расположенные выше дистанцирующих решеток 3, а через каналы 10, расположенные ниже дистанцирующих решеток 3, происходит восполнение теплоносителя в активной зоне (фиг. 3).Connecting the active zone under the gratings and above the gratings to various
Выгородка 6 в конкретном исполнении представляет собой кольцевой цилиндр, состоящий из колец, скрепленных между собой шпильками и зафиксированных в плане друг относительно друга штифтами. Габариты такой выгородки могут составлять: высота - 4,070 м (по кольцам); диаметр наружный - 3,485 м; масса - 35,8 т. Внутренний контур выгородки 6 выполнен в соответствии с наружным контуром сечения активной зоны 1 с небольшим конструктивным зазором (4 мм) между гранями выгородки 6 и дистанцирующими решетками 3 периферийных тепловыделяющих сборок. Суммарная высота колец выгородки 6 перекрывает всю высоту активной зоны 1, что обеспечивает эффективную защиту корпуса от потока быстрых нейтронов. Кольца выгородки 6 имеют сквозные цилиндрические продольные каналы: 48 каналов диаметром 50 мм, 72 канала диаметром 70 мм, 12 каналов диаметром 40 мм и шесть каналов с трубами диаметром 130/125 мм. На торцевой поверхности верхнего кольца установлены шесть упоров устройства, обеспечивающего в случае обрыва шахты невозможность бокового смещения оборвавшейся части шахты вместе с активной зоной 1, для обеспечения возможности падения органов регулирования системы управления и защиты реактора по сигналу аварийной защиты.The
В предпочтительном варианте во входные 8 либо выходные 9 отверстия некоторых вертикальных каналов 7 устанавливаются фильтрующие решетки 11 с характерным размером ячейки живого сечения таким же, как у дистанцирующих решеток 3 активной зоны 1 (фиг. 4).In the preferred embodiment, in the
В этом случае блокировка дистанцирующих решеток 3 и блокировка таких вертикальных каналов 7 будут происходить в одинаковой степени. По мере того, как дистанцирующая решетка 3 будет затесняться дебрисом и ее гидравлическое сопротивление будет расти, расход теплоносителя через нее будет снижаться. При этом аналогичным образом будет затесняться и соответственно увеличивать гидравлическое сопротивление выхода из вертикального канала 7, в выходном отверстии 9 которого установлена фильтрующая решетка 11. Таким образом, перепад давления между вертикальным каналом 7 и активной зоной 1 будет расти, и подача теплоносителя из такого вертикального канала 7 в активную зону 1 по мере увеличения блокировки дистанцирующей решетки 3, как показано на фиг. 5, будет увеличиваться. Аналогичным образом, как показано на фиг. 5, будет происходить и с расходом теплоносителя из-под блокированной дистанцирующей решетки 3 решетки в другой вертикальный канал, выходное отверстие 9 которого свободно, а во входном отверстии 8 может быть установлена фильтрующая решетка 11. Такое решение позволит обеспечить наиболее эффективное охлаждение активной зоны 1 даже при блокировке целого ряда дистанцирующих решеток 3, как показано на фиг. 5, либо при блокировке нескольких рядов дистанцирующих решеток 3, как показано на фиг. 6. При этом охлаждение будет наиболее эффективным в том случае, если горизонтальные каналы 10, соединяющие активную зону с вертикальными каналами 7 с фильтрующей решеткой 11 в части, проходящей через верхнюю плиту 4, расположены выше дистанцирующих решеток 3, а горизонтальные каналы 10, соединяющие активную зону с вертикальными каналами 7 с фильтрующей решеткой 11 в части, проходящей через нижнюю плиту 5, - ниже дистанцирующих решеток 3, как показано на фиг. 6. Также наиболее эффективным представляется охлаждение активной зоны 1 при поочередном расположении вертикальных каналов 7 с верхним и нижним расположением фильтрующих элементов 11.In this case, the blocking of the
Промышленная применимостьIndustrial Applicability
Ядерный реактор с активной зоной, снабженной горизонтальными каналами в непосредственной близости от дистанцирующих решеток, обладает повышенной безопасностью в аварийных режимах и может быть применен в атомных электростанциях различного типа с жидким теплоносителем.A nuclear reactor with an active zone equipped with horizontal channels in the immediate vicinity of the spacer grids has increased safety in emergency conditions and can be used in nuclear power plants of various types with a liquid coolant.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795981C1 true RU2795981C1 (en) | 2023-05-16 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60229842D1 (en) * | 2001-04-26 | 2008-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | STRUCTURE AND METHOD FOR ANCHORING A NEUTRON REFLECTOR |
US8615065B2 (en) * | 2009-10-22 | 2013-12-24 | Westinghouse Electric Company Llc | Modular radial neutron reflector |
JP5738861B2 (en) * | 2009-08-06 | 2015-06-24 | アレバ・エヌペ | A method for operating a pressurized water reactor capable of going from a plutonium-equilibrium cycle to a uranium-equilibrium cycle and corresponding to a nuclear fuel assembly |
WO2015169752A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Cci Ag | Filter device for arranging on and/or in a liquid delivery device |
RU2602836C1 (en) * | 2011-12-02 | 2016-11-20 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element |
EP3451346A1 (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-06 | Westinghouse Electric Germany GmbH | Containment cooling system |
RU2761441C1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-12-08 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Coolant flow filtration system of the sump tank of the emergency core cooling system |
RU2778712C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-08-23 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Tank for garbage filtration and collection |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60229842D1 (en) * | 2001-04-26 | 2008-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | STRUCTURE AND METHOD FOR ANCHORING A NEUTRON REFLECTOR |
JP5738861B2 (en) * | 2009-08-06 | 2015-06-24 | アレバ・エヌペ | A method for operating a pressurized water reactor capable of going from a plutonium-equilibrium cycle to a uranium-equilibrium cycle and corresponding to a nuclear fuel assembly |
US8615065B2 (en) * | 2009-10-22 | 2013-12-24 | Westinghouse Electric Company Llc | Modular radial neutron reflector |
RU2602836C1 (en) * | 2011-12-02 | 2016-11-20 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element |
WO2015169752A1 (en) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Cci Ag | Filter device for arranging on and/or in a liquid delivery device |
EP3451346A1 (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-06 | Westinghouse Electric Germany GmbH | Containment cooling system |
RU2761441C1 (en) * | 2020-12-30 | 2021-12-08 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Coolant flow filtration system of the sump tank of the emergency core cooling system |
RU2778712C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-08-23 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Tank for garbage filtration and collection |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Technical evaluation report of in-vessel debris effects, WCAP-17788-NP, Enclosure December 2019, Volume 1, Revision 1. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5343506A (en) | Nuclear reactor installation with a core catcher device and method for exterior cooling of the latter by natural circulation | |
US5057271A (en) | Protection system for the basemat reactor containment buildings in nuclear power stations | |
US4116764A (en) | Apparatus for controlling nuclear core debris | |
US4033814A (en) | Thermogenic swimming-pool type nuclear reactor | |
US5307390A (en) | Corium protection assembly | |
US5659589A (en) | Device for collecting and cooling reactor-meltdown products | |
EP0656630A1 (en) | Lower tie plate strainers having double plate with offset holes for boiling water reactors | |
KR100887054B1 (en) | Reduced Pressure Drop Debris Filter Bottom Nozzle For A Fuel Assembly Of A Nuclear Reactor | |
US4053358A (en) | Modular assembly for supporting, straining, and directing flow to a core in a nuclear reactor | |
KR20100016314A (en) | Nuclear reactor downcomer flow deflector | |
US4187147A (en) | Recirculation system for nuclear reactors | |
RU2795981C1 (en) | Nuclear reactor core | |
US5490189A (en) | Nuclear fuel assembly debris filter | |
DE19846057B4 (en) | Device for cooling and protecting a reactor pressure vessel in the event of meltdowns | |
WO2016031322A1 (en) | Building | |
US20140376680A1 (en) | Containment Sump Ceramic Drain Plug | |
US3308032A (en) | Swimming pool type reactors | |
EP0125063A1 (en) | Calandria | |
US5390219A (en) | Device for trapping migrating bodies within the secondary circuit of a steam generator | |
RU2165108C2 (en) | Protective system of protective shell of water-cooled reactor plant | |
RU2328042C2 (en) | Atomic reactor core | |
KR102302989B1 (en) | Pit protectors in emergency cooling systems of water-cooled reactors, filter modules for pit protectors and filter elements for pit protectors | |
CA1168768A (en) | Fuel assembly with a water flow separated from the fuel rods | |
KR20140050154A (en) | Passive cooling system of reactor building with cooling water tank using annular space of dual containment building | |
FI83711C (en) | KAERNREAKTOR. |