RU2798478C1 - Integrated nuclear reactor with liquid metal coolant - Google Patents

Integrated nuclear reactor with liquid metal coolant Download PDF

Info

Publication number
RU2798478C1
RU2798478C1 RU2022134430A RU2022134430A RU2798478C1 RU 2798478 C1 RU2798478 C1 RU 2798478C1 RU 2022134430 A RU2022134430 A RU 2022134430A RU 2022134430 A RU2022134430 A RU 2022134430A RU 2798478 C1 RU2798478 C1 RU 2798478C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
shell
nuclear reactor
attached
coolant
Prior art date
Application number
RU2022134430A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владиславович Дедуль
Сергей Александрович Григорьев
Михаил Петрович ВАХРУШИН
Сергей Владимирович Самкотрясов
Original Assignee
Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" filed Critical Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798478C1 publication Critical patent/RU2798478C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nuclear energy.
SUBSTANCE: invention relates to a nuclear reactor of integral type with a liquid metal coolant. The reactor includes a reactor vessel (9) closed by a cover (1) having a lower chamber (16) formed by a separating structure attached to the reactor cover (1), an active zone, at least one circulation pump (21) of the primary circuit with a shell (2) of the circulation pump attached to the cover (1), at least one heat exchanger installed in the shell (20) attached to the cover (1), and a plug (25). The separating structure is made in the form of an annular element (11) attached to the reactor vessel (9), in the guide shell of which the end shell (3) is inserted, connected to the reactor cover (1). Internals (8) are interconnected and attached to the peripheral part of the reactor cover (1), the lower end of the shell (20) of the heat exchanger is located above the annular element (11), and the lower end of the shell (2) of the circulation pump (21) passes through the hole in annular element (11) into the lower chamber (16).
EFFECT: increased safety and reliability of the reactor.
10 cl, 6 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности, к ядерным реакторам с тяжелым жидкометаллическим теплоносителям (ТЖМТ). Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству корпусов ядерных реакторов с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем интегрального типа.The invention relates to nuclear power, in particular, to nuclear reactors with heavy liquid metal coolants (HLMT). More specifically, the present invention relates to the construction of nuclear reactor vessels with integral type heavy liquid metal coolant.

Уровень техникиState of the art

Ядерный реактор интегрального типа, характеризуется, прежде всего, тем, что в нем отсутствуют трубопроводы с теплоносителем первого контура. В корпусе реактора размещено, помимо активной зоны, все основное оборудование, обеспечивающее отвод тепла от активной зоны к теплоносителю второго контура. Кроме этого, реактор интегрального типа включает органы воздействия на реактивность, необходимые для управления мощностью, оборудование систем, контролирующих температуру теплоносителя, расход, давление в различных точках контура. Все указанное оборудование по существу находится в корпусе реактора или присоединено к нему. Цепная реакция деления, поддерживаемая в активной зоне, и сопутствующий перенос нейтронов и излучений, как в активной зоне, так и в отражателе и в окружающих их элементах конструкции сопровождается выделением тепла. Отвод тепла от элементов активной зоны и от элементов конструкции, расположенных в корпусе ядерного реактора, требует такой организации циркуляции и распределения расходов теплоносителя, чтобы температуры конструктивных элементов не превышали допустимых значений. Для этого в конструкции реактора предусматривают трубы, каналы, дросселирующие устройства, обеспечивающие необходимое для охлаждения распределение расходов теплоносителя.A nuclear reactor of an integral type is characterized, first of all, by the fact that it does not have pipelines with a primary coolant. In addition to the core, the reactor vessel houses all the main equipment that ensures heat removal from the core to the secondary coolant. In addition, the integral type reactor includes reactivity control elements necessary for power control, equipment for systems that control the coolant temperature, flow rate, and pressure at various points in the circuit. All of the above equipment is essentially located in the reactor vessel or attached to it. The fission chain reaction maintained in the core and the accompanying transfer of neutrons and radiation both in the core and in the reflector and in the structural elements surrounding them is accompanied by heat release. Removal of heat from the elements of the core and from structural elements located in the nuclear reactor vessel requires such an organization of circulation and distribution of coolant flow rates so that the temperatures of structural elements do not exceed permissible values. To do this, the design of the reactor includes pipes, channels, throttling devices that provide the distribution of coolant flow rates necessary for cooling.

К важным устройствам, размещаемым в корпусе реактора, относятся также элементы окружающие активную зону и выполняющие функцию отражателя нейтронов, радиационная защита, обеспечивающая поглощение нейтронов и излучений и снижающая их негативное воздействие на другие элементы реактора, для которых необходимо обеспечить целостность конструкции и работоспособность в условиях комплексного воздействия всех повреждающих факторов.Important devices placed in the reactor vessel also include elements surrounding the core and performing the function of a neutron reflector, radiation protection, which ensures the absorption of neutrons and radiation and reduces their negative impact on other elements of the reactor, for which it is necessary to ensure the integrity of the structure and operability in an integrated impact of all damaging factors.

Все внутрикорпусные устройства и металлоконструкции должны быть надежно зафиксированы. В то же время оборудование ядерного реактора с ТЖМТ работает в условиях высоких градиентов температур, достигающих несколько сотен градусов. Разница температурных перемещений, связанных с разным удлинением или изменением размеров элементов конструкции, находящихся при разных температурах, может быть значительной. При отсутствии специальных конструктивных решений, обеспечивающих свободу перемещений разных элементов при нагреве и охлаждении, возможно возникновение существенных напряжений, ограничивающих ресурс или приводящих к разрушению конструкции.All internal devices and metal structures must be securely fixed. At the same time, the equipment of a nuclear reactor with HLMC operates under conditions of high temperature gradients, reaching several hundred degrees. The difference in temperature movements associated with different elongation or changes in the dimensions of structural elements at different temperatures can be significant. In the absence of special design solutions that ensure freedom of movement of various elements during heating and cooling, significant stresses may occur that limit the resource or lead to structural failure.

Разработка конструкции, исключающей или снижающей механическое воздействие элементов друг на друга при высоких градиентах температур, является одной из важных задач. Важной задачей также является исключение неконтролируемых или непредусмотренных перетечек теплоносителя через зазоры, которые необходимы для обеспечения свободы термических расширений элементов конструкции друг относительно друга. Решение последней задачи усложняется также тем, что оборудование реактора крупногабаритное и для сборки даже в холодном состоянии должно иметь необходимые зазоры, компенсирующие погрешности изготовления.The development of a design that eliminates or reduces the mechanical impact of elements on each other at high temperature gradients is one of the important tasks. An important task is also to exclude uncontrolled or unforeseen coolant leakages through the gaps, which are necessary to ensure the freedom of thermal expansion of structural elements relative to each other. The solution of the latter problem is also complicated by the fact that the reactor equipment is large-sized and, for assembly even in a cold state, it must have the necessary clearances to compensate for manufacturing errors.

Важной особенностью реакторов с ТЖМТ является то, что практически все конструкционные материалы и материалы радиационной защиты имеют плотность ниже, чем плотность теплоносителя. В связи с этим при креплении элементов конструкции и связанных с ними внутрикорпусных устройств и оборудованием к днищу корпуса или его боковым стенкам возникают растягивающие напряжения за счет воздействия на указанные элементы сил плавучести. Растягивающие напряжения в конструкции и сварных швах наиболее опасны с точки зрения развития коррозии под напряжением.An important feature of HLMC reactors is that almost all structural materials and radiation shielding materials have a density lower than that of the coolant. In this regard, when attaching structural elements and associated internal devices and equipment to the bottom of the hull or its side walls, tensile stresses arise due to the effect of buoyancy forces on these elements. Tensile stresses in the structure and welds are the most dangerous in terms of the development of stress corrosion.

Создание конструкции корпуса реактора и соединение внутрикорпусных устройств с корпусом, при котором разъемные и неразъемные соединения элементов конструкции испытывали бы преимущественно сжимающие напряжения, также является важной технической задачей.Creation of the design of the reactor pressure vessel and the connection of internal devices with the vessel, in which detachable and permanent connections of structural elements would experience mainly compressive stresses, is also an important technical task.

Известен ядерный реактор с жидкометаллическим охлаждением (US10699816, МПК G21C 1/03, G21C 1/32, G21C 5/02, G21C 15/06, опубл. 30.06.2020), включающий корпус реактора, горячий коллектор над активной зоной и холодный коллектор, окружающий горячий коллектор и отделенный посредством разделяющей конструкции, причем в холодном коллекторе циркулирует первичная текучая среда, в частности ТЖМТ. Реактор содержит, по меньшей мере, один теплообменник, в частности парогенератор, для отвода тепла от ТЖМТ посредством вторичной текучей среды, в частности воды. Разделяющая конструкция содержит нижний элемент, расположенный вокруг активной зоны, и верхний элемент, расположенный над активной зоной. Верхний элемент имеет уменьшенную радиальную протяженность по сравнению с нижним элементом и соединен с нижним элементом посредством соединительного элемента. Соединительный элемент имеет отверстия, от которых отходят вертикальные каналы для соединения с одним или более теплообменниками, расположенными между верхним участком разделяющей конструкции и корпусом реактора, для подачи в теплообменники горячего ТЖМТ, выходящего из активной зоны. Соединительный элемент и верхний элемент разделяющей конструкции образуют радиальный ограничитель активной зоны, в частности неактивной верхней части тепловыделяющих узлов.Known nuclear reactor with liquid metal cooling (US10699816, IPC G21C 1/03, G21C 1/32, G21C 5/02, G21C 15/06, publ. 06/30/2020), including a reactor vessel, a hot collector above the core and a cold collector, surrounding the hot manifold and separated by a separating structure, wherein the cold manifold circulates the primary fluid, in particular the HLMC. The reactor contains at least one heat exchanger, in particular a steam generator, to remove heat from the HLMC through a secondary fluid, in particular water. The separating structure contains a lower element located around the active zone and an upper element located above the active zone. The upper element has a reduced radial extent compared to the lower element and is connected to the lower element by means of a connecting element. The connecting element has openings from which vertical channels depart for connection with one or more heat exchangers located between the upper section of the separating structure and the reactor vessel, for supplying hot HLMC leaving the core to the heat exchangers. The connecting element and the upper element of the separating structure form a radial limiter of the active zone, in particular the inactive upper part of the fuel assemblies.

В качестве разделяющей конструкции известного реактора предусмотрена обечайка сложной формы, которая консольно крепится к крышке реактора. При этом нижняя часть обечайки не зафиксирована, что является существенным недостатком. Такое конструктивное решение при значительных габаритах и массе установленной в нее активной зоны приводит к повышенным нагрузкам в области консольного крепления, особенно опасным при сейсмических нагрузках.As a separating structure of the known reactor, a complex-shaped shell is provided, which is cantilevered to the reactor lid. In this case, the lower part of the shell is not fixed, which is a significant drawback. Such a constructive solution, with significant dimensions and weight of the core installed in it, leads to increased loads in the area of the cantilever attachment, which is especially dangerous under seismic loads.

Известен ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем (RU2756231, МПК G21C1/00, опубл. 28.09.2021), включающий корпус реактора с нижней камерой, активной зоной, горячей камерой, верхней камерой и теплообменниками. Горячая камера размещена над активной зоной и содержит корпус горячей камеры по существу цилиндрической формы с патрубками отвода горячего теплоносителя, поступающего из активной зоны в теплообменники, и пробку, а упомянутые патрубки омываются снаружи холодным теплоносителем с выхода теплообменников. Корпус горячей камеры содержит внутреннюю обечайку горячей камеры и по меньшей мере одну дополнительную обечайку горячей камеры, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке горячей камеры и формирующую по меньшей мере один канал горячей камеры. Каждый патрубок содержит внутреннюю обечайку патрубка и по меньшей мере одну дополнительную обечайку патрубка, установленную с зазором снаружи и концентрично внутренней обечайке патрубка и формирующую по меньшей мере один канал патрубка, и по меньшей мере один канал горячей камеры и по меньшей мере один канал патрубка сообщаются с выходом теплообменников для направления потока холодного теплоносителя в указанные каналы.Known is a nuclear reactor with a liquid metal coolant (RU2756231, IPC G21C1/00, publ. 09/28/2021), including a reactor vessel with a lower chamber, an active zone, a hot chamber, an upper chamber and heat exchangers. The hot chamber is located above the core and contains a body of the hot chamber of essentially cylindrical shape with branch pipes for removing hot coolant coming from the core to the heat exchangers, and a plug, and said pipes are washed from the outside with cold coolant from the outlet of the heat exchangers. The hot chamber body comprises an inner hot chamber shell and at least one additional hot chamber shell installed with a gap outside and concentric to the inner hot chamber shell and forming at least one hot chamber channel. Each nozzle contains an inner shell of the nozzle and at least one additional shell of the nozzle, installed with a gap outside and concentric to the inner shell of the nozzle and forming at least one channel of the nozzle, and at least one channel of the hot chamber and at least one channel of the nozzle communicate with the outlet of the heat exchangers for directing the flow of cold coolant into these channels.

Изобретение обеспечивает снижение тепловой нагрузки на элементы горячей камеры, прежде всего корпуса горячей камеры и патрубков отвода горячего теплоносителя, в том числе сглаживание и снижение градиента температур, возникающих в указанных элементах, и как следствие повышение срока их службы. Однако достигается этот результат усложнением конструкции и технологии изготовления патрубков и горячей камеры.EFFECT: invention provides reduction of thermal load on the elements of the hot chamber, first of all, the body of the hot chamber and hot coolant outlet pipes, including smoothing and reduction of the temperature gradient arising in these elements, and as a result, increasing their service life. However, this result is achieved by complicating the design and manufacturing technology of the nozzles and the hot chamber.

Известен ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем (JP2022097583, МПК G21D1/02, G21C1/02, G21C13/00, G21C15/02, опубл. 30.06.2022), включающий закрытый крышкой корпус, в которой размещена активная зона, горячий коллектор над активной зоной и холодный коллектор, окружающий горячий коллектор, отделенный разделительной структурой и в котором циркулирует первичная текучая среда для охлаждения активной зоны. Реактор снабжен теплообменником, имеющим вход первичной жидкости в нижней части и окружное выходное окно вблизи свободной поверхности первичной жидкости в холодном коллекторе. Выходное окно расположено в промежуточном положении по отношению к трубному пучку, частично приподнятое по отношению к свободной поверхности в холодном коллекторе и заполненное первичной жидкостью посредством вспомогательного устройства для создания разрежения в покрывающем газе теплообменника по отношению к покрывающему газу в сосуде. Поднятие теплообменника и расположение выпускного окна вблизи свободной поверхности первичного теплоносителя помогают минимизировать перемещение первичной жидкости в случае случайного выпуска вторичной жидкости внутри теплообменника.A known nuclear reactor with a liquid metal coolant (JP2022097583, IPC G21D1/02, G21C1/02, G21C13/00, G21C15/02, publ. a cold header surrounding a hot header separated by a spacer structure and in which primary fluid circulates to cool the core. The reactor is equipped with a heat exchanger having a primary liquid inlet in the lower part and a circumferential outlet window near the free surface of the primary liquid in the cold collector. The exit window is located in an intermediate position with respect to the tube bundle, partially raised with respect to the free surface in the cold collector and filled with primary liquid by means of an auxiliary device for creating a vacuum in the cover gas of the heat exchanger with respect to the cover gas in the vessel. Raising the heat exchanger and positioning the outlet near the free surface of the primary coolant helps to minimize movement of the primary fluid in the event of an accidental release of the secondary fluid inside the heat exchanger.

Известный ядерный реактор имеет невысокую надежность из-за отсутствия конструктивных решений, обеспечивающих свободу перемещения разных элементов реактора при нагреве и охлаждении, приводящее к существенным напряжениям этих элементов реактора, ограничивающих ресурс или приводящих к разрушению конструкции.The known nuclear reactor has low reliability due to the lack of design solutions that ensure freedom of movement of various elements of the reactor during heating and cooling, leading to significant stresses on these elements of the reactor, limiting the resource or leading to destruction of the structure.

Известен ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем (US20180061513, МПК G21C1/03, G21C15/14, G21C1/32, G21C5/02, опубл. 30.06.2020), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Ядерный реактор-прототип включает корпус реактора, покрытый крышкой и вмещающий внутри себя шахту активной зоны, горячий коллектор над активной зоной и нижнюю камеру, отделенную посредством разделяющей конструкции, причем в нижней камере циркулирует первичная текучая среда для охлаждения указанной активной зоны. Реактор также содержит, по меньшей мере, один теплообменник, прикрепленный к крышке, в частности парогенератор, для удаления тепла от первичной текучей среды посредством вторичной текучей среды. Разделяющая конструкция содержит нижний элемент, расположенный вокруг активной зоны, и верхний элемент, расположенный над активной зоной. Верхний элемент имеет уменьшенную радиальную протяженность по сравнению с нижним элементом и соединен с нижним элементом посредством соединительного элемента, выполненного, например, в виде пластины. Соединительный элемент имеет отверстия, от которых отходят вертикальные каналы для соединения с одним или более теплообменниками, расположенными между верхним участком разделяющей конструкции и корпусом реактора, для подачи в теплообменники горячей первичной текучей среды, выходящей из активной зоны. Соединительный элемент и верхний элемент разделяющей конструкции образуют радиальный ограничитель активной зоны, в частности неактивной верхней части тепловыделяющих узлов.Known nuclear reactor with liquid metal coolant (US20180061513, IPC G21C1/03, G21C15/14, G21C1/32, G21C5/02, publ. 06/30/2020), coinciding with the present technical solution for the largest number of essential features and taken as a prototype. The prototype nuclear reactor includes a reactor vessel covered with a lid and containing a core shaft, a hot collector above the core, and a lower chamber separated by a separating structure, with primary fluid circulating in the lower chamber to cool said core. The reactor also contains at least one heat exchanger attached to the lid, in particular a steam generator, for removing heat from the primary fluid via the secondary fluid. The separating structure contains a lower element located around the active zone and an upper element located above the active zone. The upper element has a reduced radial extent compared to the lower element and is connected to the lower element by means of a connecting element made, for example, in the form of a plate. The connecting element has openings from which vertical channels depart for connection with one or more heat exchangers located between the upper section of the separating structure and the reactor vessel, for supplying hot primary fluid leaving the core to the heat exchangers. The connecting element and the upper element of the separating structure form a radial limiter of the active zone, in particular the inactive upper part of the fuel assemblies.

Известный ядерный реактор-прототип имеет недостаточную надежность из-за отсутствия свободы перемещений разных элементов его конструкции при нагреве и охлаждении, из-за возникновения растягивающих напряжений в элементах конструкции, имеющих плотность, меньшую плотности жидкометаллического теплоносителя, за счет воздействия на них сил плавучести, а также из-за наличия в корпусе реактора полостей теплоносителя с крайне низкими скоростями, приводящих к формированию областей с плохим перемешиванием теплоносителя и возникновением коррозионных повреждений из-за ухудшения контроля за качеством теплоносителя.The well-known prototype nuclear reactor has insufficient reliability due to the lack of freedom of movement of various elements of its structure during heating and cooling, due to the occurrence of tensile stresses in structural elements having a density lower than the density of the liquid metal coolant, due to the effect of buoyancy forces on them, and also due to the presence of coolant cavities in the reactor pressure vessel with extremely low velocities, leading to the formation of areas with poor coolant mixing and the occurrence of corrosion damage due to deterioration in coolant quality control.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Задачей настоящего изобретения являлась разработка ядерного реактора, в частности ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, который бы имел повышенную безопасность и надежность при эксплуатации за счет обеспечения свободы продольного и радиального перемещения разных элементов его конструкции при сборке, нагреве и охлаждении друг относительно друга, повышения коррозионной стойкости и необходимых антифрикционных характеристик контактирующих материалов; выравнивания скоростей теплоносителя на входе в нижнюю камеру и в дальнейшем в активную зону; обеспечения надежности фиксации тепловыделяющих сборок (ТВС) от несанкционированного всплытия за счет контролируемого ограниченного усилия поджатия, не препятствующего температурным расширениям.The objective of the present invention was to develop a nuclear reactor, in particular a nuclear reactor with a liquid metal coolant, which would have increased safety and reliability during operation by providing freedom of longitudinal and radial movement of various elements of its design during assembly, heating and cooling relative to each other, increasing corrosion resistance and the necessary antifriction characteristics of the contacting materials; equalization of coolant velocities at the entrance to the lower chamber and further to the core; ensuring the reliability of fixing fuel assemblies (FA) from unauthorized ascent due to a controlled limited preload force that does not prevent thermal expansion.

Техническим результатом настоящего изобретения, достигаемым при решении поставленной задачи, в частности, является:The technical result of the present invention, achieved when solving the problem, in particular, is:

- обеспечение свободы продольного и радиального перемещения разных элементов при нагреве и охлаждении друг относительно друга, отсутствие которой может быть причиной возникновения неконтролируемых или непредусмотренных перетечек теплоносителя, снижающих надежность охлаждения оборудования реактора, и существенных напряжений, ограничивающих ресурс или приводящих к разрушению конструкции;- ensuring freedom of longitudinal and radial movement of different elements relative to each other during heating and cooling, the absence of which can cause uncontrolled or unforeseen coolant leaks that reduce the reliability of cooling of the reactor equipment, and significant stresses that limit the resource or lead to structural failure;

- повышение коррозионной стойкости и необходимых антифрикционных характеристик материалов;- increase in corrosion resistance and necessary antifriction characteristics of materials;

- выравнивание скоростей теплоносителя на входе в нижнюю камеру и в дальнейшем в активную зону, что важно для обеспечения надежного охлаждения ее элементов и безопасности;- equalization of coolant velocities at the entrance to the lower chamber and further to the core, which is important for ensuring reliable cooling of its elements and safety;

- обеспечение надежности фиксации ТВС от несанкционированного всплытия, не препятствующей температурным расширениям, что обеспечивается ограничением усилия пожатия;- ensuring the reliability of fixation of fuel assemblies from unauthorized ascent, which does not prevent thermal expansion, which is ensured by limiting the clamping force;

- повышение безопасности и надежности эксплуатации реактора.- improving the safety and reliability of reactor operation.

Поставленная задача решается тем, что ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем, включает корпус реактора, закрытый крышкой, имеющий нижнюю камеру, образованную разделяющей конструкцией, присоединенной к крышке реактора, активную зону, по меньшей мере, один циркуляционный насос первого контура с обечайкой циркуляционного насоса, присоединенной к крышке, по меньшей мере, один теплообменник, установленный в обечайке, присоединенной к крышке, для отвода тепла от жидкометаллического теплоносителя к теплоносителю второго контура и пробку. Новым в ядерном реакторе является то, что разделяющая конструкция выполнена в виде прикрепленного к корпусу реактора кольцевого элемента, в направляющую обечайку которого вставлена обечайка активной зоны, соединенная с крышкой реактора, внутрикорпусные устройства (ВКУ), включающие каналы для организации необходимой циркуляции теплоносителя, соединены между собой и прикреплены к периферийной части крышки реактора, нижний торец обечайки теплообменника расположен над кольцевым элементом, а нижний торец обечайки циркуляционного насоса проходит через отверстие в кольцевом элементе в нижнюю камеру.The problem is solved by the fact that a nuclear reactor with a liquid metal coolant includes a reactor vessel closed with a lid, having a lower chamber formed by a separating structure attached to the reactor lid, an active zone, at least one circulation pump of the primary circuit with a circulation pump shell attached to the lid, at least one heat exchanger installed in the shell attached to the lid to remove heat from the liquid metal coolant to the secondary circuit coolant, and a plug. What is new in a nuclear reactor is that the separating structure is made in the form of an annular element attached to the reactor vessel, in the guide shell of which the core shell is inserted, connected to the reactor lid, internal devices (VCU), including channels for organizing the necessary circulation of the coolant, are connected between themselves and are attached to the peripheral part of the reactor cover, the lower end of the heat exchanger shell is located above the annular element, and the lower end of the circulation pump shell passes through the hole in the annular element into the lower chamber.

В нижней части обечайки активной зоны может быть установлена опорная плита, в которой закреплены ТВС с каналами системы управления и защиты (СУЗ) и блоки отражателя.In the lower part of the core shell, a base plate can be installed, in which fuel assemblies with channels of the control and protection system (CPS) and reflector blocks are fixed.

В пробке реактора наконечники каналов СУЗ могут быть выполнены конусными, с внутренними поверхностями, контактирующими с головками ТВС.In the reactor plug, the tips of the CPS channels can be made conical, with internal surfaces in contact with the FA heads.

В пробке ниже ее верхней части может быть выполнена перегородка, к которой канал СУЗ присоединен посредством упругого сильфонного соединения, ограничивающего усилие, передаваемое на головку ТВС.A baffle can be made in the plug below its upper part, to which the CPS channel is connected by means of an elastic bellows connection, which limits the force transmitted to the fuel assembly head.

Ниже кольцевого элемента может быть установлен дополнительный кольцевой элемент меньшего диаметра, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие, с образованием между ними кольцевого коллектора, вход которого соединен с выходом из циркуляционного насоса, а выход соединен с нижней камерой.Below the annular element, an additional annular element of smaller diameter can be installed, in which at least one hole is made, with the formation of an annular manifold between them, the inlet of which is connected to the outlet of the circulation pump, and the outlet is connected to the lower chamber.

Ниже дополнительного кольцевого элемента к днищу корпуса реактора могут быть прикреплены ребра для направления потока теплоносителя от периферии к центру нижней камеры. Для выравнивания распределения расходов по азимуту предпочтительно предусмотреть в ребрах отверстия, обеспечивающие азимутальные перетечки.Below the additional annular element, ribs can be attached to the bottom of the reactor vessel to direct the coolant flow from the periphery to the center of the lower chamber. To equalize the distribution of costs in azimuth, it is preferable to provide holes in the ribs that provide azimuthal overflows.

В обечайке циркуляционного насоса может быть выполнена кольцевая проточка, в которой установлено, по меньшей мере, одно поршневое уплотнительное кольцо, подвижное в радиальном направлении и перекрывающее зазор между обечайкой циркуляционного насоса и кольцевым элементом при радиальных перемещениях обечайки циркуляционного насоса.An annular groove can be made in the circulation pump shell, in which at least one piston sealing ring is installed, movable in the radial direction and closing the gap between the circulation pump shell and the annular element during radial movements of the circulation pump shell.

В обечайке активной зоны может быть выполнена кольцевая проточка, в которой установлено, по меньшей мере, одно поршневое уплотнительное кольцо, подвижное в радиальном направлении и перекрывающее зазор между обечайкой активной зоны и кольцевым элементом при радиальных перемещениях обечайки.An annular groove can be made in the core shell, in which at least one piston sealing ring is installed, movable in the radial direction and closing the gap between the core shell and the annular element during radial movements of the shell.

Поршневое уплотнительное кольцо может быть изготовлено из высокопрочного серого чугуна с пластинчатым графитом с содержанием кремния не менее 1% или из коррозионностойкой нержавеющей стали.The piston seal ring can be made of ductile gray cast iron with lamellar graphite with a silicon content of at least 1% or corrosion resistant stainless steel.

Размещение наиболее ответственного оборудования в обечайках, жестко присоединенных к крышке реактора с помощью разъемных или неразъемных соединений, позволяет проводить его ревизию, ремонт или замену в процессе эксплуатации реактора. В указанных обечайках предусматриваются необходимые отверстия для организации циркуляции теплоносителя. Указанные обечайки могут свободно перемещаться в продольном направлении при нагреве или охлаждении, а в местах сопряжений с другими элементами конструкции имеют специальные скользящие уплотнения, не препятствующие таким перемещениям.The placement of the most critical equipment in shells rigidly attached to the reactor head using detachable or permanent connections makes it possible to carry out its revision, repair or replacement during reactor operation. In these shells, the necessary holes are provided for organizing the circulation of the coolant. These shells can freely move in the longitudinal direction during heating or cooling, and at the interfaces with other structural elements they have special sliding seals that do not prevent such movements.

Так, например, выемными элементами конструкции реактора могут быть циркуляционные насосы, парогенераторы или теплообменники между первым и вторым контурами, опорные конструкции активной зоны, активная зона и выемная часть радиального отражателя, пробка над активной зоной.So, for example, removable elements of the reactor design can be circulation pumps, steam generators or heat exchangers between the primary and secondary circuits, core support structures, the core and the removable part of the radial reflector, a plug above the core.

Основная часть внутрикорпусного оборудования, включая трубопроводы и направляющие каналы для теплоносителя, объединяется в единую конструкцию и соединяется с крышкой реактора. При этом все усилия от выталкивающих сил теплоносителя, имеющего большую плотность, чем конструкционные материалы, направлены снизу-вверх и передаются в конечном итоге на крышку реактора. С учетом того, что на крышке реактора размещена и закреплена значительная часть оборудования, а именно, циркуляционные насосы с приводом, приводы органов регулирования, подводящие и отводящие камеры и трубопроводы парогенератора или теплообменников, внешняя радиационная защита и другие элементы, то усилия от действия сил Архимеда в значительной степени оказываются скомпенсированы весом от указанного оборудования, что благоприятно сказывается на работоспособности крышки. При этом внутрикорпусные элементы, не относящиеся к элементам активной зоны, крепят преимущественно к периферийной части крышки реактора, что способствует уменьшению изгибающих моментов и улучшает работоспособность крышки.The main part of the internal equipment, including pipelines and coolant guide channels, is combined into a single structure and connected to the reactor head. In this case, all efforts from the buoyancy forces of the coolant, which has a higher density than the structural materials, are directed upwards and are ultimately transferred to the reactor head. Taking into account the fact that a significant part of the equipment is placed and fixed on the reactor cover, namely, circulation pumps with a drive, drives of control bodies, inlet and outlet chambers and pipelines of a steam generator or heat exchangers, external radiation protection and other elements, the forces from the action of Archimedes forces are largely compensated by the weight of the specified equipment, which favorably affects the performance of the lid. At the same time, internal elements that are not related to the elements of the core are attached mainly to the peripheral part of the reactor lid, which helps to reduce bending moments and improve the operability of the lid.

К днищу реактора крепят только минимально необходимые направляющие поток теплоносителя элементы, в которых предусмотрены сопряжения с обечайками для размещения активной зоны и насосов. Узлы сопряжения снабжены уплотнениями и обеспечивают свободное продольное перемещение упомянутых обечаек, а также необходимые и ограниченные радиальные перемещения с сохранением герметичности или существенным ограничением протечек.Only the minimum necessary coolant flow guiding elements are attached to the bottom of the reactor, in which mates with shells are provided to accommodate the core and pumps. The interface units are provided with seals and provide free longitudinal movement of said shells, as well as necessary and limited radial movements while maintaining tightness or significantly limiting leakage.

Величина допустимых радиальных перемещений в уплотнениях определяется необходимостью компенсировать допуски на размеры при изготовлении и температурные расширения. При этом возможность больших перемещений в радиальном направлении в настоящем реакторе исключена, так как большие перемещения создают опасность при значительных внешних воздействиях на реактор, например, при землетрясениях. Конструкция уплотнений может быть выбрана из известных в технике решений, однако, наиболее предпочтительным является вариант с использованием поршневых колец. При этом предпочтительным материалом является материал класса серых чугунов с пластинчатым графитом. Наличие в составе чугунов этого класса кремния порядка (1-3) мас.% и включений пластинчатого графита обеспечивают соответственно повышенную коррозионную стойкость и необходимые антифрикционные характеристики материала уплотнений. При небольших перепадах давления, уплотнения могут быть лабиринтными. Допустимость применения лабиринтных уплотнений определяется гидравлическим расчетом по известным методикам и допустимостью величины вычисленных протечек, которые должны быть определены в конкретной реализации проекта индивидуально.The amount of allowable radial movement in the seals is determined by the need to compensate for dimensional tolerances during manufacture and thermal expansion. At the same time, the possibility of large displacements in the radial direction in the present reactor is excluded, since large displacements create a danger in case of significant external influences on the reactor, for example, during earthquakes. The design of seals can be chosen from known solutions in the art, however, the most preferred option is using piston rings. In this case, the preferred material is a material of the class of gray cast irons with lamellar graphite. The presence in the cast irons of this class of silicon on the order of (1-3) wt.% and inclusions of lamellar graphite provide a correspondingly increased corrosion resistance and the necessary antifriction characteristics of the seal material. With small pressure drops, the seals can be labyrinthine. The admissibility of using labyrinth seals is determined by hydraulic calculation according to known methods and the admissibility of the magnitude of the calculated leaks, which must be determined individually in a specific project implementation.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:The present invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показан в аксонометрии с частичным разрезом настоящий ядерный реактор с ТЖМТ;in fig. 1 is a partial sectional perspective view of a real HLMT nuclear reactor;

на фиг. 2 приведен в разрезе узел сопряжения наконечника канала СУЗ с головкой ТВС;in fig. 2 shows in section the interface between the CPS channel tip and the fuel assembly head;

на фиг. 3 показан в разрезе узел крепления канала СУЗ к промежуточной опорной плите пробки;in fig. 3 shows in section the attachment point of the CPS channel to the intermediate base plate of the plug;

на фиг. 4 приведен в разрезе узел уплотнения с самоустанавливающимся седлом;in fig. 4 is a sectional view of a seal assembly with a self-adjusting seat;

на фиг. 5 показан в увеличенном масштабе узел Г, приведенный на фиг. 4.in fig. 5 is an enlarged view of the node D shown in FIG. 4.

на фиг. 6 представлены варианты реализации узла уплотнений в подвижных соединениях выемных и невыемных элементов корпуса, например, узла Д на фиг. 1: Вариант А – с уплотнительными кольцами прямоугольного сечения; Вариант Б – с уплотнительными кольцами из проволоки; Вариант В – с лабиринтным уплотнением.in fig. 6 shows the embodiments of the seal assembly in the movable joints of the removable and non-removable housing elements, for example, the D assembly in FIG. 1: Option A - with rectangular O-rings; Option B - with wire sealing rings; Option B - with labyrinth seal.

На фигурах позициями отмечены следующие элементы:The following elements are marked in the figures:

1 - крышка реактора в сборе;1 - reactor cover assembly;

2 - обечайка циркуляционных насосов;2 - shell of circulation pumps;

3 - обечайка концевая;3 - end shell;

4 - узел уплотнения обечайки циркуляционных насосов;4 - sealing unit of the shell of circulation pumps;

5 - узел уплотнения шахты активной зоны;5 - sealing unit of the core shaft;

6 - косынка;6 - scarf;

7 - канал для теплоносителя;7 - channel for the coolant;

8 - элементы ВКУ;8 - VKU elements;

9 - корпус реактора;9 - reactor vessel;

10 - днище;10 - bottom;

11 - кольцевой элемент;11 - ring element;

12 - обечайка шахты активной зоны;12 - core shaft shell;

13 - узел уплотнения шахты активной зоны;13 - sealing unit of the core shaft;

14 - соединительная обечайка;14 - connecting shell;

15 - дополнительный кольцевой элемент;15 - additional ring element;

16 - нижняя камера;16 - lower chamber;

17 - направляющие косынки;17 - guide scarves;

18 - обечайка корпуса;18 - body shell;

19 - бурт опорный;19 - support collar;

20 - обечайка для размещения модуля парогенератора или теплообменника между первым и вторым контуром;20 - shell for placement of a steam generator or heat exchanger module between the primary and secondary circuits;

21 - циркуляционные насосы (ЦНА) первого контура;21 - circulation pumps (CPA) of the primary circuit;

22 - опорная плита шахты активной зоны;22 - base plate of the core shaft;

23 - тепловыделяющая сборка (ТВС);23 - fuel assembly (FA);

24 - отражатель;24 - reflector;

25 - пробка реактора;25 - reactor plug;

26 - фланец;26 - flange;

27 - привод СУЗ;27 - CPS drive;

28 - канал СУЗ в пробке;28 - CPS channel in traffic jam;

29 - наконечник канала СУЗ;29 - tip of the CPS channel;

30 - головка ТВС;30 - fuel assembly head;

31 - промежуточная опорная плита пробки;31 - intermediate base plate of the plug;

32 - сильфонный узел канала СУЗ в пробке;32 - bellows assembly of the CPS channel in the plug;

33 - седло самоустанавливающееся узла уплотнений;33 - self-aligning seat of the seal assembly;

34 - сборочный разъем;34 - assembly connector;

35 - нижняя часть седла;35 - the lower part of the saddle;

36 - кольцо посадочное;36 - landing ring;

37 - штифт;37 - pin;

38 - кольцо уплотнительное;38 - sealing ring;

39 - кольцо прижимное;39 - pressure ring;

40 - отверстия для перетока теплоносителя;40 - holes for coolant flow;

41 - кольцо поршневое уплотнительное;41 - piston sealing ring;

42 - кольцо уплотнительное из проволоки;42 - sealing ring made of wire;

43 - привод ЦНА;43 - CNA drive;

44 - кольцо уплотнительное прямоугольного сечения.44 - rectangular sealing ring.

Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed description of embodiments of the invention

Ядерный реактор с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем в сборе схематично показан на фиг. 1.A nuclear reactor with a heavy liquid metal coolant assembly is shown schematically in FIG. 1.

Крышка 1 корпуса 9 реактора в сборе включает обечайки 2 циркуляционных насосов 21 и обечайку 12 шахты активной зоны с концевой обечайкой 3, на которых предусмотрены узлы 4 и 5 уплотнений обечаек 2 и 3. В крышке 1 реактора предусматриваются также крепежные элементы для присоединения, например, косынок 6 ВКУ 8. При этом косынки 6 присоединены преимущественно к периферийной части крышки 1 реактора. Элементы ВКУ 8 расположены между крышкой реактора 1 и кольцевым элементом 11 собраны в единую конструкцию, которая может включать тепловую или радиационную защиту (условно не показаны), каналы для протока теплоносителя, например, каналы 7, соединяющие коллектор над активной зоной с обечайками для размещения теплообменников 20 или другие известные в технике элементы. Единый блок крышки 1 с элементами ВКУ 8, собранными в единый блок, присоединен к корпусу реактора 9. Днище 10 образовано из элементов, которые предназначены для организации подачи теплоносителя от циркуляционных насосов 21 первого контура с приводами 43 в активную зону, и сопрягается с остальными элементами конструкции по скользящим разъемным соединениям и в основном нагружено только весом теплоносителя и перепадом давления между разными участками контура. К днищу 10 герметично присоединен кольцевой элемент 11. В кольцевой элемент 11 по внутреннему кольцу установлена соединительная обечайка 14, в которую входит концевая обечайка 3 , в которой предусмотрен узел уплотнения 13 и соединение с обечайкой шахты активной зоны 12. В кольцевом элементе 11 предусмотрены отверстия и узел уплотнения 4 для совмещения с обечайкой 2 циркуляционных насосов 21. К кольцевому элементу 11 с помощью соединительной обечайки 14 присоединен дополнительный кольцевой элемент 15, в результате чего образуется торовая камера между элементами 11 и 15 в которую подается расход от циркуляционных насосов 21, который перераспределяется и выходит в нижнюю камеру 16, через периферийную часть указанной торовой камеры. Выход теплоносителя из торовой камеры может быть, как через кольцевой зазор, как это показано на фиг. 1, так, например, и через систему отверстий (на чертеже не показаны), что улучшит равномерность распределения расхода теплоносителя по азимуту. Для выравнивания поля скоростей к кольцевому элементу 15 могут быть присоединены направляющие косынки 17. Таким образом, достигается дополнительный технический результат выравнивания скоростей на входе в нижнюю камеру 16 и в дальнейшем в активную зону, что важно для обеспечения надежного охлаждения ее элементов и безопасности. В косынках 17 для улучшения выравнивания скоростей могут быть предусмотрены отверстия 40. Единый блок крышки 1 с единым блоком ВКУ соединен с обечайкой 18 корпуса 9, которая, в свою очередь, соединена с днищем 10, образуя корпус реактора в сборе. При этом корпус реактора в сборе опирается на опорные конструкции шахты реактора буртом 19, предусмотренным на крышке 1 реактора. В корпусе реактора в сборе установлены обечайки 20 для размещения модулей парогенератора или теплообменники между первым и вторым контуром, циркуляционные насосы 21, которые крепятся на крышке 1 реактора. Теплообменные поверхности указанных теплообменников и узлы крепления их к крышке реактора условно не показаны и могут иметь различные известные реализации. Весовая нагрузка и выталкивающее усилие от их погруженной в теплоноситель части для указанных элементов передается на крышку 1 реактора и разнонаправлена. К концевой обечайке 3 прикреплена опорная конструкция (перфорированная плита) 22 активной зоны, в ней, в свою очередь, зафиксированы ТВС 23 и элементы отражателя 24. В конечном итоге на указанные элементы 23 и 24 действуют разнонаправленные усилия. Действие сил тяжести вниз и сил плавучести вверх в значительной степени компенсируют друг друга, а итоговое усилие передается на обечайки 3, 12 и крышку 1 реактора. Разделительная конструкция, собранная из обечаек 3 и 12 может быть, как изготовлена в виде единого элемента, так и разделена по высоте на дополнительные сборочные единицы с сохранением герметичности соединений. Такое решение позволяет решить дополнительную техническую задачу, связанную с подбором разных материалов по высоте разделительной конструкции, например, из-за существенного отличия условий работы материалов. В крышке 1 реактора установлена пробка 25 реактора с фланцем 26, на которую, в свою очередь, установлены приводы 27 органов СУЗ. Результирующее усилие формируется аналогично предыдущему случаю и передается на крышку 1 реактора.The cover 1 of the vessel 9 of the assembled reactor includes shells 2 of the circulation pumps 21 and the shell 12 of the core shaft with the end shell 3, on which the assemblies 4 and 5 of the seals of the shells 2 and 3 are provided. kerchief 6 VKU 8. At the same time, kerchiefs 6 are connected mainly to the peripheral part of the cover 1 of the reactor. VCU elements 8 are located between the reactor cover 1 and the annular element 11 are assembled into a single structure, which may include thermal or radiation protection (conditionally not shown), channels for the coolant flow, for example, channels 7 connecting the collector above the core with shells for accommodating heat exchangers 20 or other elements known in the art. A single cover block 1 with VCU elements 8 assembled into a single block is attached to the reactor vessel 9. The bottom 10 is formed from elements that are designed to organize the supply of coolant from the primary circuit circulation pumps 21 with drives 43 to the core, and is mated with the other elements structures on sliding detachable joints and is mainly loaded only by the weight of the coolant and the pressure drop between different sections of the circuit. An annular element 11 is hermetically attached to the bottom 10. A connecting shell 14 is installed in the annular element 11 along the inner ring, which includes an end shell 3, in which a seal assembly 13 is provided and a connection with the shell of the core shaft 12. The annular element 11 is provided with holes and seal assembly 4 for alignment with the shell 2 of the circulation pumps 21. An additional annular element 15 is attached to the annular element 11 with the help of the connecting shell 14, as a result of which a torus chamber is formed between the elements 11 and 15 into which the flow from the circulation pumps 21 is supplied, which is redistributed and exits into the lower chamber 16 through the peripheral part of said torus chamber. The coolant outlet from the torus chamber can be both through the annular gap, as shown in Fig. 1, for example, and through a system of holes (not shown in the drawing), which will improve the uniformity of the distribution of the coolant flow in azimuth. To equalize the velocity field, guide gussets 17 can be attached to the annular element 15. Thus, an additional technical result of velocities equalization at the entrance to the lower chamber 16 and further to the core is achieved, which is important for ensuring reliable cooling of its elements and safety. Holes 40 can be provided in the gussets 17 to improve the equalization of velocities. A single block of the cover 1 with a single block of the VCU is connected to the shell 18 of the housing 9, which, in turn, is connected to the bottom 10, forming the reactor vessel assembly. In this case, the reactor vessel assembly rests on the supporting structures of the reactor shaft with collar 19 provided on the cover 1 of the reactor. In the reactor vessel assembly, shells 20 are installed to accommodate steam generator modules or heat exchangers between the primary and secondary circuits, circulation pumps 21, which are mounted on the cover 1 of the reactor. The heat exchange surfaces of these heat exchangers and their attachment points to the reactor lid are not conventionally shown and may have various well-known implementations. The weight load and the buoyancy force from their part immersed in the coolant for these elements is transferred to the cover 1 of the reactor and is multidirectional. A support structure (perforated plate) 22 of the active zone is attached to the end shell 3, in which, in turn, fuel assemblies 23 and reflector elements 24 are fixed. Ultimately, multidirectional forces act on these elements 23 and 24. The action of gravity downwards and buoyancy forces upwards largely compensate each other, and the final force is transferred to the shells 3, 12 and the cover 1 of the reactor. The separating structure, assembled from shells 3 and 12, can be either made as a single element or divided in height into additional assembly units while maintaining the tightness of the joints. This solution allows solving an additional technical problem associated with the selection of different materials according to the height of the separating structure, for example, due to a significant difference in the working conditions of the materials. In the lid 1 of the reactor, a plug 25 of the reactor with a flange 26 is installed, on which, in turn, drives of 27 CPS organs are installed. The resulting force is formed similarly to the previous case and is transferred to the cover 1 of the reactor.

Таким образом, настоящее изобретение принципиально исключает передачу усилий от элементов активной зоны, ВКУ или оборудования на днище 10 корпуса 9 реактора, соответственно отсутствуют соединения важного оборудования с днищем 10 реактора, исключена авария, связанная с разрывом такого соединения и неконтролируемым всплытием любого оборудования или элемента реактора. Вся весовая нагрузка от активной зоны, ВКУ 8, пробки 25 и других элементов реактора скомпенсирована действием сил Архимеда и передается на крышку 1 снизу-вверх. В свою очередь, дополнительная нагрузка от размещенных на крышке 1 и пробке 25 реактора ЦНА 21 с приводом 43 и приводов 27 СУЗ, соответственно, направлена на компенсацию преимущественного действия выталкивающих сил. Надежная фиксация ТВС 23 от несанкционированного всплытия при схеме, в которой ТВС 23 фиксируются нижним хвостовиком в опорной конструкции 22 активной зоны, важна с точки зрения безопасности и обеспечивается в рассматриваемой схеме путем поджатия ТВС 23 каналами 28 СУЗ в пробке 25. При этом усилие поджатия должно быть ограничено и не препятствовать температурным расширениям.Thus, the present invention fundamentally excludes the transfer of forces from the elements of the core, VCU or equipment on the bottom 10 of the vessel 9 of the reactor, respectively, there are no connections of important equipment with the bottom 10 of the reactor, an accident associated with the rupture of such a connection and the uncontrolled ascent of any equipment or reactor element is excluded . The entire weight load from the core, VCU 8, plug 25 and other elements of the reactor is compensated by the action of Archimedes forces and is transferred to cover 1 from bottom to top. In turn, the additional load from the TsNA 21 reactor with drive 43 and CPS drives 27 placed on the cover 1 and plug 25, respectively, is aimed at compensating for the predominant effect of buoyancy forces. Reliable fixation of fuel assemblies 23 from unauthorized ascent in the scheme in which fuel assemblies 23 are fixed by the lower liner in the support structure 22 of the core is important from the point of view of safety and is ensured in the scheme under consideration by preloading the fuel assemblies 23 with CPS channels 28 in plug 25. In this case, the preload force should be limited and not prevent thermal expansion.

Каналы 28 СУЗ в пробке 25 в нижней части имеют наконечники 29 с конусной поверхностью, по которой сопрягаются с головками 30 ТВС 23 (фиг. 2). Крепление наконечников 29 каналов 28 СУЗ к промежуточной опорной плите 31 пробки 25 осуществляется через сильфонный узел 32 так, что каналы 28 СУЗ могут перемещаться вертикально в пределах подвижности сильфонов, присоединяемых к промежуточной опорной плите 31 (фиг. 3).CPS channels 28 in plug 25 in the lower part have tips 29 with a conical surface, along which they mate with heads 30 of fuel assembly 23 (Fig. 2). The tips 29 of the CPS channels 28 are fastened to the intermediate base plate 31 of the plug 25 through the bellows assembly 32 so that the CPS channels 28 can move vertically within the mobility of the bellows attached to the intermediate base plate 31 (Fig. 3).

Протечки теплоносителя в узлах уплотнений должны быть ограничены для организации надежного охлаждения активной зоны и ВКУ 8. При этом они должны обеспечивать свободу термических расширений и удобство сборки, что с учетом больших размеров реакторной установки является одной из важных задач. В случае наибольших нагрузок узла уплотнений, связанных с большим перепадом давлений между напорной камерой ЦНА 21 и остальной частью контура предпочтительна конструкция узла уплотнений с самоустанавливающимся седлом 33, как показано на фиг. 4 - фиг. 5. Седло 33 имеет сборочный разъем 34 с нижней частью 35 седла 33, что обеспечивает сборку и совместную работу седла 33 с посадочным кольцом 36, которые сопрягаются по сферической поверхности с радиусом R. Центр указанной сферической поверхности располагается на оси посадочного кольца 36. Для ограничения перемещений кольцо 36 зафиксировано четырьмя штифтами 37 по взаимно перпендикулярным осям. Весь узел в сборе зафиксирован в кольцевом элементе 11 от осевых перемещений и протечек с помощью уплотнительного кольца 38, и прижимного кольца 39, которое, в свою очередь, приварено к кольцевому элементу 11. Зазоры δ (фиг. 5) обеспечивают дополнительную возможность перемещений в горизонтальном направлении без нарушения герметизации узла. Величина необходимых зазоров связана с технологическими допусками, точностью изготовления и сборки крупногабаритных и длинномерных элементов реактора и определяются известными инженерными расчетами размерных цепей. Выемная обечайка 2 шахты насоса герметизирована по внутренней поверхности посадочного кольца 36 с помощью уплотнительных поршневых колец 41, предпочтительно изготавливаемых из серого чугуна с пластинчатым графитом.Coolant leaks in the sealing units must be limited to ensure reliable cooling of the core and VCU 8. At the same time, they must provide freedom of thermal expansion and ease of assembly, which, given the large size of the reactor plant, is one of the important tasks. In the case of the highest loads of the seal assembly, associated with a large pressure difference between the pressure chamber of the CNA 21 and the rest of the circuit, the design of the seal assembly with a self-adjusting seat 33 is preferable, as shown in Fig. 4 - fig. 5. The seat 33 has an assembly connector 34 with the lower part 35 of the seat 33, which ensures the assembly and joint operation of the seat 33 with the seat ring 36, which are mated along a spherical surface with a radius R. The center of this spherical surface is located on the axis of the seat ring 36. To limit movements, the ring 36 is fixed by four pins 37 along mutually perpendicular axes. The entire assembly is fixed in the annular element 11 from axial movements and leaks using the sealing ring 38, and the clamping ring 39, which, in turn, is welded to the annular element 11. The gaps δ (Fig. 5) provide an additional possibility of movement in the horizontal direction without violating the sealing of the assembly. The size of the required gaps is related to technological tolerances, the accuracy of manufacturing and assembling large-sized and long reactor elements and is determined by well-known engineering calculations of dimensional chains. Removable shell 2 of the pump shaft is sealed on the inner surface of the seat ring 36 using sealing piston rings 41, preferably made of gray cast iron with lamellar graphite.

Для подвижных соединений большого диаметра, например, соединения концевой обечайки 3 шахты активной зоны и соответствующего неподвижного узла уплотнения предпочтительным является упрощенный вариант, представленный на фиг. 6 (Вариант А). При этом в качестве уплотняющих элементов, предпочтительно, могут применяться поршневые кольца 44, аналогичные 41, кольца из проволоки 42 (фиг. 6, Вариант Б) или использоваться лабиринтные уплотнения 43, например, как на фиг. 6, Вариант В.For movable connections of large diameter, for example, the connection of the end shell 3 of the core shaft and the corresponding fixed seal assembly, the simplified version shown in FIG. 6 (Option A). In this case, piston rings 44, similar to 41, wire rings 42 (Fig. 6, Option B), or labyrinth seals 43, for example, can be used as sealing elements, for example, as in Fig. 6, Option B.

В конечном итоге металлоконструкции крышки реактора работают преимущественно в условиях сжимающих напряжений, днище корпуса реактора разгружено от соединения с опорными конструкциями активной зоны, внутрикорпусные устройства реактора и выемные элементы реактора разгружены от температурных расширений и могут свободно и независимо друг от друга перемещаться в продольном направлении с сохранением герметичности в сопрягаемых областях, что благоприятно сказывается на работоспособности конструкции и безопасности.Ultimately, the metal structures of the reactor cover operate mainly under compressive stresses, the bottom of the reactor pressure vessel is unloaded from the connection with the supporting structures of the core, the internals of the reactor and the removable elements of the reactor are unloaded from thermal expansion and can freely and independently move in the longitudinal direction while maintaining tightness in mating areas, which favorably affects the performance of the structure and safety.

Claims (10)

1. Ядерный реактор интегрального типа с жидкометаллическим теплоносителем, включающий корпус реактора, закрытый крышкой, имеющий нижнюю камеру, образованную разделяющей конструкцией, присоединенной к крышке реактора, активную зону, по меньшей мере, один циркуляционный насос первого контура с обечайкой циркуляционного насоса, присоединенной к крышке, по меньшей мере, один теплообменник, установленный в обечайке, присоединенной к крышке, для отвода тепла от жидкометаллического теплоносителя к теплоносителю второго контура, и пробку, отличающийся тем, что разделяющая конструкция выполнена в виде прикрепленного к корпусу реактора кольцевого элемента, в направляющую обечайку которого вставлена обечайка активной зоны, соединенная с крышкой реактора, внутрикорпусные устройства, включающие каналы для организации необходимой циркуляции теплоносителя, соединены между собой и прикреплены к периферийной части крышки реактора, нижний торец обечайки теплообменника расположен над кольцевым элементом, а нижний торец обечайки циркуляционного насоса проходит через отверстие в кольцевом элементе в нижнюю камеру.1. A nuclear reactor of an integral type with a liquid metal coolant, including a reactor vessel closed with a lid, having a lower chamber formed by a separating structure attached to the reactor lid, an active zone, at least one primary circulation pump with a circulation pump shell attached to the lid at least one heat exchanger installed in a shell attached to the cover to remove heat from the liquid metal coolant to the secondary coolant, and a plug, characterized in that the separating structure is made in the form of an annular element attached to the reactor vessel, into the guide shell of which the core shell connected to the reactor lid is inserted, the internal devices, including channels for organizing the necessary circulation of the coolant, are interconnected and attached to the peripheral part of the reactor lid, the lower end of the heat exchanger shell is located above the annular element, and the lower end of the circulation pump shell passes through the hole in the annular element into the lower chamber. 2. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что разделительная конструкция выполнена из разнородных материалов с разъемными соединениями по высоте.2. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the separating structure is made of dissimilar materials with detachable joints along the height. 3. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что в концевом элементе разделяющей конструкции установлена опорная плита, в которой закреплены тепловыделяющие сборки (ТВС) с каналами системы управления и защиты (СУЗ) и блоки отражателя.3. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that a base plate is installed in the end element of the separating structure, in which fuel assemblies (FA) with channels of the control and protection system (CPS) and reflector blocks are fixed. 4. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что в пробке реактора наконечники каналов СУЗ выполнены конусными с внутренними поверхностями, контактирующими с головками ТВС.4. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that in the reactor plug the tips of the CPS channels are made conical with internal surfaces in contact with the FA heads. 5. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что в пробке ниже ее верхней части выполнена перегородка, к которой канал СУЗ присоединен посредством сильфонного соединения, ограничивающего усилие, передаваемое на головку ТВС.5. A nuclear reactor according to claim 1, characterized in that a partition is made in the plug below its upper part, to which the CPS channel is connected by means of a bellows connection that limits the force transmitted to the fuel assembly head. 6. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что ниже кольцевого элемента установлен дополнительный элемент меньшего диаметра, в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, с образованием между кольцевым и дополнительным элементами кольцевого коллектора, вход которого соединен с выходом циркуляционного насоса, а выход соединен с нижней камерой.6. Nuclear reactor according to claim 1, characterized in that an additional element of smaller diameter is installed below the annular element, in which at least one hole is made, with the formation of an annular manifold between the annular and additional elements, the inlet of which is connected to the outlet of the circulation pump , and the output is connected to the lower chamber. 7. Ядерный реактор по п. 5, отличающийся тем, что ниже дополнительной кольцевой пластины к днищу корпуса реактора прикреплены ребра для направления потока теплоносителя от периферии к центру нижней камеры.7. Nuclear reactor according to claim 5, characterized in that below the additional annular plate, ribs are attached to the bottom of the reactor vessel to direct the coolant flow from the periphery to the center of the lower chamber. 8. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что в обечайке циркуляционного насоса выполнена кольцевая проточка, в которой установлено, по меньшей мере, одно поршневое уплотнительное кольцо, подвижное в радиальном направлении и перекрывающее зазор между обечайкой циркуляционного насоса и кольцевым элементом при радиальных перемещениях обечайки циркуляционного насоса.8. A nuclear reactor according to claim 1, characterized in that an annular groove is made in the circulation pump shell, in which at least one piston sealing ring is installed, which is movable in the radial direction and covers the gap between the circulation pump shell and the annular element at radial movements of the circulation pump shell. 9. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что в обечайке активной зоны выполнена кольцевая проточка, в которой установлено, по меньшей мере, одно поршневое уплотнительное кольцо, подвижное в радиальном направлении и перекрывающее зазор между обечайкой насоса и кольцевым элементом при радиальных перемещениях обечайки.9. A nuclear reactor according to claim 1, characterized in that an annular groove is made in the core shell, in which at least one piston sealing ring is installed, movable in the radial direction and closing the gap between the pump shell and the annular element during radial movements shells. 10. Ядерный реактор по пп. 8 и 9, отличающийся тем, что поршневое уплотнительное кольцо изготовлено из высокопрочного серого чугуна с пластинчатым графитом с содержанием кремния не менее (1-3) мас.% или из коррозионностойкой нержавеющей стали.10. Nuclear reactor according to paragraphs. 8 and 9, characterized in that the piston sealing ring is made of high-strength gray cast iron with lamellar graphite with a silicon content of at least (1-3) wt.% or corrosion-resistant stainless steel.
RU2022134430A 2022-12-27 Integrated nuclear reactor with liquid metal coolant RU2798478C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798478C1 true RU2798478C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153708C2 (en) * 1994-06-22 2000-07-27 Фраматом Integrated fast reactor
RU2408094C2 (en) * 2005-09-21 2010-12-27 Ансальдо Нуклеаре С.П.А. Nuclear reactor, namely nuclear reactor with liquid-metal cooling
RU2521863C1 (en) * 2012-11-26 2014-07-10 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Liquid metal cooled nuclear reactor (versions)
RU2545517C1 (en) * 2013-11-12 2015-04-10 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Nuclear reactor with liquid metal heat carrier, system for control over oxygen thermodynamic activity in said reactors and method of control over oxygen thermodynamic activity
RU158303U1 (en) * 2014-02-07 2015-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" NUCLEAR POWER PLANT
WO2018007961A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Luciano Cinotti Nuclear reactor provided with a raised heat exchanger
US20180061513A1 (en) * 2015-03-19 2018-03-01 Hydromine Nuclear Energy S.A.R.L Nuclear reactor, in particular liquid-metal-cooled compact nuclear reactor
EP3338283B1 (en) * 2015-08-23 2020-10-07 Copenhagen Atomics ApS Method for operating a molten salt nuclear reactor
WO2020214873A1 (en) * 2019-04-19 2020-10-22 BWXT Advanced Technologies LLC Molten metal fuel buffer in fission reactor and method of manufacture
RU2756231C1 (en) * 2021-03-15 2021-09-28 Акционерное общество «АКМЭ-инжиниринг» Nuclear reactor with liquid-metal coolant

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153708C2 (en) * 1994-06-22 2000-07-27 Фраматом Integrated fast reactor
RU2408094C2 (en) * 2005-09-21 2010-12-27 Ансальдо Нуклеаре С.П.А. Nuclear reactor, namely nuclear reactor with liquid-metal cooling
RU2521863C1 (en) * 2012-11-26 2014-07-10 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Liquid metal cooled nuclear reactor (versions)
RU2545517C1 (en) * 2013-11-12 2015-04-10 Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Nuclear reactor with liquid metal heat carrier, system for control over oxygen thermodynamic activity in said reactors and method of control over oxygen thermodynamic activity
RU158303U1 (en) * 2014-02-07 2015-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" NUCLEAR POWER PLANT
US20180061513A1 (en) * 2015-03-19 2018-03-01 Hydromine Nuclear Energy S.A.R.L Nuclear reactor, in particular liquid-metal-cooled compact nuclear reactor
US10699816B2 (en) * 2015-03-19 2020-06-30 Hydromine Nuclear Energy S.A.R.L. Nuclear reactor, in particular liquid-metal-cooled compact nuclear reactor
EP3338283B1 (en) * 2015-08-23 2020-10-07 Copenhagen Atomics ApS Method for operating a molten salt nuclear reactor
WO2018007961A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Luciano Cinotti Nuclear reactor provided with a raised heat exchanger
WO2020214873A1 (en) * 2019-04-19 2020-10-22 BWXT Advanced Technologies LLC Molten metal fuel buffer in fission reactor and method of manufacture
RU2756231C1 (en) * 2021-03-15 2021-09-28 Акционерное общество «АКМЭ-инжиниринг» Nuclear reactor with liquid-metal coolant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11120920B2 (en) Steam generator for nuclear steam supply system
US10847270B2 (en) Pressure-tube reactor with pressurized moderator
KR101630428B1 (en) Nuclear steam supply system
CA2876521C (en) Nuclear fuel bundle assembly
EP2165339B1 (en) Nuclear reactor downcomer flow deflector
US9875817B2 (en) Nuclear reactor support and seismic restraint with in-vessel core retention cooling features
US4186049A (en) Heat exchanger integrated into the main vessel of a molten combustible salt reactor
US5325407A (en) Core barrel and support plate assembly for pressurized water nuclear reactor
RU2798478C1 (en) Integrated nuclear reactor with liquid metal coolant
EP2426670A1 (en) Fast reactor
US11901088B2 (en) Method of heating primary coolant outside of primary coolant loop during a reactor startup operation
JP3139856B2 (en) Tube heat exchanger
US20200388411A1 (en) Nuclear steam supply system
JP4101422B2 (en) Liquid metal cooled nuclear reactor and liquid metal cooled nuclear power plant
US4280873A (en) Nuclear power installation with loop arrangement
US3297541A (en) Nuclear reactor core structure
Chenaud et al. Progress in the design of the ASTRID Nuclear Island
CN113945109B (en) Support structure for heat exchanger in reactor
US3359175A (en) Nuclear reactor
US20240153653A1 (en) Nuclear reactor with a liquid metal coolant
Noël et al. Superphenix 1 intermediate heat exchanger fabrication
Ventre Nuclear reactor with integrated heat exchanger
JPS584799B2 (en) Reactor
JPS59171895A (en) Intermediate heat exchanger for tank type fast breeder