ядерная энергетическая установка
Классы МПК: | G21D5/00 Ядерные силовые установки с реактором и двигателем, в котором тепло, выделяющееся в реакторе, преобразуется в механическую энергию G21D5/08 с подогревом рабочей среды двигателя в теплообменнике теплоносителем реактора |
Автор(ы): | Ваучский Александр Николаевич, Коротынский Александр Вадимович, Лихачев Владимир Александрович, Тимофеев Сергей Сергеевич |
Патентообладатель(и): | Ваучский Александр Николаевич, Коротынский Александр Вадимович, Лихачев Владимир Александрович, Тимофеев Сергей Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-08-29 публикация патента:
20.11.1998 |
Сущность: ядерная энергетическая установка содержит реактор, теплообменник первого контура, системы и устройства, обеспечивающие ее работу, и тепловой двигатель. Тепловой двигатель выполнен в виде двух барабанов, соединенных мартенситной лентой. Валы барабанов выполнены полыми для прохода теплоносителя второго контура и контура охлаждения через соответствующие барабаны, а внутри барабанов валы выполнены утолщенными с одной стороны от торца барабана с заглушкой в конце утолщенной части вала у другого торца барабана. При этом в утолщенной части вала выполнены радиальные отверстия, соединяющие полость вала и круговой зазор, образованный цилиндрической поверхностью барабана и утолщенным валом, с возможностью обеспечения перекачивания теплоносителя второго контура и контура охлаждения при вращении барабанов за счет центробежной силы. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Ядерная энергетическая установка, содержащая реактор, теплообменник первого контура, системы и устройства, обеспечивающие ее работу, и тепловой двигатель, отличающаяся тем, что тепловой двигатель выполнен в виде двух барабанов, расположенных один над другим с возможностью вращения и кинематически соединенных мартенситной лентой, причем валы барабанов выполнены полыми для прохода теплоносителя второго контура и контура охлаждения через соответствующие барабаны, а внутри барабанов валы выполнены утолщенными с одной стороны от торца барабана с разрывом полости вала заглушкой в конце утолщенной части вала у другого торца барабана, при этом в утолщенной части вала выполнены радиальные отверстия, соединяющие полость вала и круговой зазор, образованный цилиндрической поверхностью барабана и утолщенным валом, с возможностью обеспечения перекачивания теплоносителя соответственно второго контура и контура охлаждения при вращении барабанов за счет центробежной силы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано при разработке и создании ядерных энергетических установок, например транспортных, а конструкция барабана, предложенная в изобретении, может применяться и в других тепловых турбинных двигателях, использующих ленты или спирали с эффектом памяти формы. Известна ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор, теплообменник и механическое устройство, преобразующее энергию пара в механическую (см. Патент ЕПВ N 0442756 от 21.08.91 г., МКИ 5 G 21 D 9/00). Использование пара в системе второго контура приводит к необходимости работы реактора при высоких параметрах первого контура. Кроме того ограничения по массогабаритным характеристикам присуще, например, транспортным энергоустановкам, приводят к необходимости повышения энергонапряженности активной зоны, что снижает надежность энергоустановки и усложняет ее конструкцию. Снижение параметров первого контура может быть обеспечено при использовании мартенситного двигателя. Известен тепловой турбинный двигатель Хомма (см. книгу "Сплавы с эффектом памяти формы" К.Ооцука, К.Симидзу, Ю.Судзуки и др. / под ред. Фунакубо Х.: Пер. с японск. - М.: Металлургия, 1990, с. 177-179, а также Хомма Т. - Нихон киндзоку гаккай кайхо, Bull. Jap. Inst. Metalls, 1985, V. 24, N 1, p. 20-25. Пер. ГПНТБ N 86/44971). Однако в связи со сложностью конструкции и с низким коэффициентом полезного действия эти двигатели не нашли применения в ядерных энергетических установках. Известна ядерная энергетическая установка, содержащая реактор, теплообменник первого контура, системы и устройства, обеспечивающие ее работу, и тепловой двигатель. (См. книгу Шеинцева Е.А. "Электроэнергетические системы атомных судов" - СПб.: Агентство "Игрек", 1993, с. 5-7). Данное устройство принято за прототип. Недостатком прототипа является сложность конструкции и невысокая надежность работы установки, связанные с наличием отдельных наносов второго контура, высокими параметрами первого контура (температура и давление) и высокой энергонапряженностью активной зоны, приводящей также к снижению ресурса. Предлагаемое изобретение направлено на достижение следующих технических результатов:- повышение надежности работы ядерной энергетической установки путем изменения ее конструкции, обеспечивающей перекачивание теплоносителя второго контура и контура охлаждения без использования отдельных наносов;
- повышение эффективности и ресурса энергетической установки за счет изменения принципа преобразования энергии, снижения параметров первого контура, энергонапряженности активной зоны и упрощения конструкции. Для достижения указанных технических результатов в известной ядерной энергетической установке, содержащей реактор, теплообменник первого контура, системы и устройства, обеспечивающие ее работу, и тепловой двигатель, последний выполнен в виде двух барабанов, расположенных один над другим с возможностью вращения и кинематически соединенных мартенситной лентой, причем валы барабанов выполнены полыми для прохода теплоносителя второго контура и контура охлаждения через соответствующие барабаны, а внутри барабанов валы выполнены утолщенными с одной стороны от торца барабана с разрывом полости вала заглушкой в конце утолщенной части вала у другого торца барабана, при этом в утолщенной части вала выполнены радиальные отверстия, соединяющие полость вала и круговой зазор, образованный цилиндрической поверхностью барабана и утолщенным валом, с возможностью обеспечения перекачивания теплоносителя, соответственно, второго контура и контур охлаждения при вращении барабанов за счет центробежной силы. На фиг. 1 представлена принципиальная схема конструктивного исполнения предлагаемого изобретения. На фиг. 2 представлена принципиальная схема барабана мартенситного двигателя. Ядерная энергетическая установка содержит ядерный реактор 1, теплообменник 2, мартенситный двигатель 3 и соединительные трубопроводы 4. Мартенситный двигатель состоит из малого ("горячего") барабана 5, большого ("холодного") барабана 6, мартенситной ленты 7. При этом, валы 8 барабанов 5 и 6 выполнены полыми, опираются на подшипники 9 и имеют с обеих сторон барабанов специальные муфты 10 для подачи/приема воды в/из вала 8. Конструкции верхнего 6 и нижнего 5 барабанов аналогичны. Барабаны состоят из корпуса 11 цилиндрической формы и полого вала 8, который в пределах корпуса барабана 11 имеет разрыв (заглушку полости) 12. Внутри корпуса барабана 11 от одной его торцевой стенки до разрыва (заглушки полости) 12 вал 8 выполнен утолщенным таким образом, что между утолщенным валом 8 и корпусом 11 имеется кольцевой зазор 13, соединенный с полостями обоих концов вала 8, входящими в корпус барабана 11. Соединение с полостью вала 8 с утолщением на конце осуществлено через радиально расположенные отверстия 14 изогнутой формы (по типу центробежного насоса). Теплообменник 2, нижний барабан 5 со своим валом 8 и часть соединительных трубопроводов 4 образуют замкнутый второй контур, в котором циркулирует теплоноситель второго контура 15. Верхний барабан 6 со своим валом 8 и частью соединительных трубопроводов 4 образуют контур охлаждения, который заполнен теплоносителем контура охлаждения 16, например забортной водой для транспортной судовой ядерной энергетической установки. Ядерная энергетическая установка работает следующим образом. Тепло, выделяемое в ядерном реакторе 1, через теплообменник 2 передается теплоносителю второго контура 15. Теплоноситель второго контура 5 циркулирует под воздействием центробежных сил, вызванных вращением нижнего барабана 5. От теплообменника 2 теплоноситель второго контура 12 через соединительный трубопровод 4 и специальную муфту 10 попадает в полость вращающегося вала 8 нижнего барабана 5 со стороны, имеющей утолщение. Далее теплоноситель второго контура 15 через отверстия 14 попадает в кольцевой зазор 13, где через корпус барабана 11 отдает тепло мартенситной ленте 7 в области соприкосновения ее с корпусом барабана 11. При этом теплоноситель второго контура 15 охлаждается и последовательно через полость вала 8 (с противоположной стороны от входа в барабан 5), через специальную муфту 10 и через соединительный трубопровод 4 возвращается в теплообменник 2, где опять нагревается. Одновременно с циркуляцией теплоносителя второго контура 15 происходит движение теплоносителя контура охлаждения 16. Последний движется под воздействием центробежных сил, вызванных вращением верхнего барабана 6. Теплоноситель контура охлаждения через соединительный трубопровод 4 и специальную муфту 10 попадает в полость вращающегося вала 8 верхнего барабана 6 со стороны, имеющей утолщение. Далее теплоноситель контура охлаждения 16 через отверстия 14 попадает в кольцевой зазор 13, где через корпус барабана 11 нагревается, забирая тепло от мартенситной ленты 7 в области ее соприкосновения с корпусом барабана 11. Затем теплоноситель контура охлаждения 16 последовательно через полость вала 8 (с противоположной стороны от входа в барабан 6). Через специальную муфту 10 и через соединительный трубопровод 4 удаляется. Под воздействием нагревания на нижнем барабане 5 происходит "растягивание" мартенситной ленты 7, а под действием охлаждения на верхнем барабане 6 происходит "стягивание" мартенситной ленты 7, что вызывает эффект перемещения ленты по обе стороны от оси, соединяющей барабаны, за счет чего и возникает крутящий момент. Начальный крутящий момент может быть создан посредством автономного пускателя или за счет неравномерности нагрева и охлаждения ленты на барабанах, всегда имеющей место в реальных условиях. Полезная энергия отводится от ядерной энергетической установки через вал 8 верхнего барабана 6. Техническая возможность реализации указанного устройства подтверждается опытом эксплуатации подобных тепловых двигателей и расчетом, так, при тепловой мощности реактора, равной 40 МВт, КПД, равном 10%, и частоте вращения вала 2500 об./мин размеры и вес мартенситного двигателя составляют около 4,0
![ядерная энергетическая установка, патент № 2122248](/images/patents/349/2122008/183.gif)
![ядерная энергетическая установка, патент № 2122248](/images/patents/349/2122008/183.gif)
Класс G21D5/00 Ядерные силовые установки с реактором и двигателем, в котором тепло, выделяющееся в реакторе, преобразуется в механическую энергию
Класс G21D5/08 с подогревом рабочей среды двигателя в теплообменнике теплоносителем реактора