автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Пассивные исполнительные элементы аварийного воздействия на реактивность и охлаждение активных зон ЯЭУ

На правах рукописи

ПХОУН ЛИН ЧАЙН

ПАССИВНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВАРИЙНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕАКТИВНОСТЬ И ОХЛАЖДЕНИЕ АКТИВНЫХ ЗОН ЯЭУ

Специальность 05.14.03 - Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009

003465135

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

ИОНАЙТИС Ромуальд Ромуальдович Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

КАБАНОВ Леонид Павлович - кандидат технических наук КУЗНЕЦОВ Леонид Андреевич

Ведущая организация: - Научно-исследовательский и конструкторский

институт энерготехники имени H.A. Доллежаля

«НИКИЭТ»

Защита состоится 15 Апреля 2009 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.08 при Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, МГТУ им.Н.Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.08.

Автореферат разослан <<£/>>-М2^цг4. 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат технических наук, доцент

В.В.Перевезенцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Одним из эффективных направлений повышения безопасности современных ядерных реакторов (ЯР) является увеличение количество систем безопасности и оснащение ЯР пассивными системами безопасности (СБ), вводимым в действие без участия оператора, без подачи энергии в момент срабатывания, без сигналов из управляющих СБ.

Расчеты Атомэнергопроектов показывают, что применение пассивных систем безопасности может повысить уровень безопасности (УБ) энергоблока на порядок.

Настоящая работа посвящена пассивным исполнительным элементам аварийного воздействия на реактивность и охлаждения активных зон ЯЭУ.

В пассивных элементах СБ используются разнообразные исполнительные устройства безопасности:

• по режимным параметрам (давление, расход, уровень и др.);

• по принципу формирования аварийного сигнала (нагрев, изменение перепада давления, прогиб и др.);

• по принципу действия (увеличение гидравлического сопротивления, изменение баланса сил, перемещение и др.);

• по действующим силам (гравитация-сила тяжести, пружины и др.).

Применение СБ с пассивными элементами позволяет:

• дополнить активные системы безопасности ЯЭУ пассивными системами

на ином принципе действия;

• уменьшить влияние действий оператора и его возможных ошибок;

• повысить надежность и безопасность ЯЭУ.

Основные пассивные исполнительные элементы безопасности применяемые в существующих ЯЭУ и рассматриваемые для проектируемых ЯЭУ, выполняют функции воздействия на реактивность и на расход теплоносителя. Из них в настоящей работе рассматриваются:

• активно-пассивные гидродинамические системы остановки (ГСО) (аварийной защиты) реакторов с вводом в активную зону твердых поглотителей;

• пассивные и активные жидкостные системы остановки (ЖСО) с вводом жидких поглотителей в активную зону;

• пневмогидравлические устройства пассивной обратной связи (УПОС);

• пассивные системы безопасного охлаждения (СБО) активной зоны ЯР;

• пассивные арматурные средства безопасности (АСБ) воздействия на расход теплоносителя.

Объектом исследования являются активно-пассивные исполнительные элементы аварийного воздействия на реактивность и охлаждение активных зон ядерных энергетических установок.

Предмет исследования - принципиальные схемы, технические параметры и характеристики пассивных исполнительных элементы аварийного воздействия на реактивность и охлаждение активных зон ЯЭУ.

Целями работы являются:

- создание базы данных о пассивных исполнительных элементах безопасности, которые могут быть использованы в действующих и проектируемых ядерных энергоустановках;

- обобщение основных положений создания пассивных систем и устройства безопасности ЯЭУ, разработка основных терминов и определений, обзор возможных схем и принципов действия пассивных элементов безопасности (ПЭБ);

- анализ и разработка схем активно-пассивных (гидродинамических, жидкостных, пневмогидравлических) систем воздействия на реактивность (систем остановки, аварийной зашиты), на расход теплоносителя (аварийного охлаждения активной зоны и др.);

- определение научно-технических вопросов, связанных с реализацией этих систем на ЯЭУ;

- получение характеристик и параметров активно-пассивных систем расчетным путем;

- разработка простых и достаточно точных инженерных методик для расчета параметров и характеристик пассивных исполнительных элементов.

Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие основные задачи:

- анализ места активно-пассивных исполнительных элементов в ЯЭУ;

- анализ активно-пассивных гидродинамических систем остановки (ГСО) (аварийной защиты) реакторов с вводом в активную зону твердых поглотителей, разработка их классификации; разработка и обоснование схем ГСО;

- обобщение исходных данных по ГСО; разработка инженерной методики определения статических параметров; определение параметров пассивной сигнализации; определение параметров неустановившегося движения (разгона);

- анализ жидкостных систем остановки (ЖСО) с вводом жидких поглотителей (ЖП) в активную зону; разработка их классификации; разработка и обоснование схем ЖСО;

- разработка инженерной методики определения параметров Ж СО (реактивность зоны и эффективность жидкого поглотителя), выбор концентрации ЖП в активной зоне, определение объема бака, в котором готовится раствор поглотителя необходимого объема и требуемой концентрации, расчет продолжительности ввода жидкого поглотителя в контур охлаждения ЖСО;

- анализ пассивных систем безопасного охлаждения (СБО) активной зоны ЯР; их классификации; обоснование схем пассивных СБО;

- анализ схем и конструкторско-технологические решения по пневмогидравли-ческим устройствам пассивной обратной связи (УПОС); разработка методики;

- анализ пассивных арматурных средств безопасности (АСБ); разработка их классификации; разработка и обоснование особенностей модульных активно-пассивных исполнительных механизмов;

- разработка методики проведения силовых расчетов, определение усилий, выбор силовых элементов, сил трения и конечного уплотнения АСБ.

Методологической основой работы послужило использование следующих методов научного познания: расчетные исследования, анализ и синтез решений. При разработке расчетно-аналитических методик определения параметров (ГСО, ЖСО, УПОС, СБО и АСБ) использованы законы механики и методы оценки нейтронно-физической эффективности поглотителей, а также апробированные физические модели и математические методы.

По мнению автора, новыми результатами являются следующие:

1. Принципиальные положения разработки пассивных СБ ЯЭУ. Классификация активно-пассивных СБ. Разработка и обобщение терминов и определений, обзор возможных схем и принципов действия пассивных элементов безопасности.

2. Активно-пассивные схемы ГСО, ЖСО, УПОС, СБО и АСБ систем воздействия на реактивность и расход теплоносителя ЯЭУ, включая принципиальные схемы и конструкторские решения.

3. Формулирование и обобщение вопросов, возникающих при создании и разработке этих систем.

4. Разработанные для активно-пассивных систем воздействия на реактивность и расход теплоносителя расчетные методики. Обработка и включение в методики экспериментальных значений критериев и параметров.

5. Единый свод требуемого обоснования пассивно-активных исполнительных элементов аварийного воздействия на реактивность и охлаждение активных зон ЯЭУ.

На защиту выносятся:

1. Определение пассивных элементов безопасности.

2. Рекомендации по созданию ГСО. С помощью них в процессе исследования, проектирования, наладки и эксплуатации на объекте можно быстро и простыми средствами определять периметры и характеристики системы гидравлического управления стержнями СУЗ: время срабатывания, изменение расхода протекающей через канал жидкости для сигнализации, закон движения стержня СУЗ при вводе его в активную зону, профиль скорости в щели между стержнем и каналом для тепло физического расчета и т. п..

3. Расчетные формулы и критерии для определения параметров ЖСО: реактивность и эффективность жидкого поглотителя, определение эффективности жидкостной системы, выбор концентрации поглотителя в активной зоне, определение объема бака, в котором готовится раствор поглотителя необходимого объема и требуемой концентрации, расчет продолжительности ввода жидкого поглотителя в контур охлаждения ЖСО.

4. Методика расчета пневмогидравлической системы.

5. Методика расчета взаимодействия сил в арматурных изделиях теплотехнических СБ.

Практическая ценность работы

Созданный научный задел, состоящий из принципиальных схем, методик расчета и расчетных зависимостей, может быть использован при создании и обосновании различных активно-пассивных исполнительных элементов аварийного воздействия на реактивность и охлаждения активных зон ЯЭУ.

Внедрение результатов работы:

1. По пассивным ГСО: в пассивных стержнях СУЗ ректора БН-800 и техническом проекте управления и защиты реактора БРЕСТ-ОД-ЗОО;

2. По пассивным ЖСО: в техническом проекте реактора РБМК-1000, 5-го энергоблока Курский АЭС;

3. По пассивным СБО: в техническом проекте реактора ВВЭР-1000 проекта АЭС-2006;

4. По пневмогидравлическим УПОС: в техническом проекте СУЗ реактора БРЕСТ-ОД-ЗОО;

5. По арматурным средствам безопасности: в техническом проекте ЯР ВК-300.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены: на конференции 60-летия Победы в Великой Отечественной войне и 175-летия МГТУ им. Н.Э. Баумана «Универсальность научных знаний», Москва, 2005 г., на Международном Форуме «PCVEXPO'2006», Москва, 2006 г., на VIII и IX международных симпозиумах «Универсальность научных знаний и многообразие национальных культурных традиций», Москва, 2006г., 2007г..

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 научных статьях, две - в журнале «Атомная энергия», две - в международном журнале «Трубопроводная арматура и оборудование», и в двух докладах, опубликованных в материалах конференций.

Crpyicrypa и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложение. Объем диссертации составляет 147 страниц, в том числе 120 страниц текста, 39 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 57 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимость работы, выбраны методы исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, описаны структура и содержание работы.

Основные пассивные элементы безопасности, применяемые в существующих ЯЭУ и рассматриваемые для проектируемых ЯЭУ, выполняют функции воздействия на реактивность и на расход теплоносителя (рис. 1).

В первой главе диссертации рассмотрены имеющиеся в литературе сведения (схемные решения, конструкционные особенности, результаты экспериментальных исследований) по пассивным и активно-пассивным СБ ЯР различного типа, предложена их классификация, основные положения (обеспечения) пассивных систем и устройств безопасности ЯЭУ. Приведена часть терминов, определений, толкований «Пассивные средства, системы, элементы безопасности». Рассмотрено место пассивных исполнительных элементов ЯЭУ. Выполнен обзор возможных схем и принципов действия пассивных элементов безопасности.

Рис. 1. ЯЭУ с активной зоной, использующей все ПЭБ данной работой: Индексы: С - система; П - питание; У- управление; ПАИ- пассивные арматурные изделия; Пр - привод; РО - рабочий орган; ТРО - твердый PO; TBC - тепловыделяющая сборка; а.з - активная зона; СГУ - система гидродинамического управления; ЖСО - жидкостная система остановки; СБО - система безопасности охлаждения; УПОС - устройство пассивной обратной связи;- активный; ------пассивный.

Пассивный ввод в действие при возникновении аварийных ситуаций СБ не требуют вмешательства оператора, так как ПЭБ срабатывают от воздействий, возникающих вследствие аварийного события. Эффективным методом повышения безопасности ЯЭУ является использование пассивных элементов. Применение пассивных элементов значительно повышает уровень безопасности объекта.

Пассивные элементы безопасности могут воздействовать на параметры ядерной реакции и на состояние отдельных систем технологических контуров РУ. Взаимодействие нейтронно-физических, тепло-гидравлических и других параметров и ПЭБ может осуществляться непосредственно рабочей средой (ПЭБ прямого действия) или через усилительные элементы.

ПЭБ позволяет увеличить надежность РУ, поскольку их работа может быть не связана с функционированием существующих активно-пассивных СБ.

Каждый ПЭБ выполняет следующие действия:

• в состоянии готовности воспринимает значение требуемого эксплуатационного параметра;

• при возникновении аварийной ситуации формирует аварийный сигнал; усиливает и преобразует его в диапазоне от нормального до аварийного значения;

• срабатывает — изменяет состояние (как правило, положение в пространстве) удерживающее пускового устройства;

• совершает защитное действие, перемещая или способствуя перемещению рабочего органа актуатора (исполнительного механизма) в требуемое положение.

Определены критерии надежности и безопасности, требующие решения при создании и разработке пассивных СБ: постоянство выполнения функций; обеспечение быстродействия; независимость (по функциям и размещению); разнообразие, разнотипность, неодинаковость; модульность; простота конструкторских решений и обслуживания и др..

Примеры терминов:

Пассивное перемещение рабочего органа происходит от: - потенциальной энергии (силы тяжести); - Архимедовой силы; - гидродинамических сил; - сжатых пружин; - сжатого газа; - жидкости под давлением; - сил тепловой конвекции и др.

Пассивность: - срабатывание (исполнение защитного действия) непосредственно от аварийного события (режимного параметра); - срабатыва} ие без подачи энергии и/или включения активных управляющих устройств; - срабатывание при потере питания (обесточивание, потеря давления и т. п.).

Пассивные принципы формирования аварийного сигнала: - выработка сигнала естественными природными силами, такими как нагрев, изменение перепада давления, расширение, сжатие, прогиб, ухудшение теплосъема, изменение тока и др.

Пассивные процессы: - процессы, протекающие под действием естественных природных сил, таких как конвекция, конденсация, кипение, естественная циркуляция, гравитационное охлаждение и др.

Пассивный инициатор срабатывания (ПИС): - пассивный элемент, приводящий в действие (инициирующий) ПЭБ; - содержащий чувствительный элемент и малогабаритный РО (микровыключатель /включатель и т. п.).

Пассивный принцип действия ПЭБ: - принцип функционирования, т. е. переход из состояния готовности в защитное состояние, такое как увеличение гидро-и/или электросопротивления (изменение баланса сил), плавление, разрушение, перемещение и др.

Пассивный элемент (ПЭ): - элемент, функционирование которого связано только с вызвавшим его работу событием и не зависит от работы другого активного элемента, например, управляющей системы, энергоисточника и т. п.

Пассивный элемент безопасности (ПЭБ): - ПЭ систем безопасности (СБ) и систем важных для безопасности (СВБ).

Пример: возможные режимные параметры и принципы их использования в ПЭБ.

Принцип формировании Прнншт действия Резулыаг

Рис. 2. Преобразование расхода теплоносителя в ПЭБ

Во второй главе рассматривается активно-пассивные гидродинамические системы остановки (аварийной защиты) ЯЭУ. Показано назначение и место ГСО в структуре СБ ЯЭУ. Рабочие органы (РО) системы управления и защиты (СУЗ) ЯР находятся в потоке теплоносителя. Он оказывает на указанные элементы существенное силовое действие. На РО действует гидравлическая сила, которая в зависимости от направления движения жидкости и РО, увеличивает или уменьшает силовую нагрузку, изменяет скорость и продолжительность перемещения рабочих органов в зоне, разгоняет и/или тормозит их и т.п.

В гидродинамических системах управления, т. е. в системах с непосредственным силовым воздействием жидкости на орган управления, жидкость от насоса или другого источника энергии поступает в исполнительный механизм и, обтекая рабочий орган, увлекает его за собой. При этом гидравлический контур подвода-отвода охлаждающей жидкости и его параметры могут остаться такими же, как и в системе охлаждения электромеханических приводов (рис. 3). Рассматриваются и обосновываются принципиальные схемы ГСО, наиболее приемлемые с точки зрения простоты и возможности реализации на различных типах реакторов.

В связи с повышениям роли пассивности в системах безопасности ЯР, с созданием быстрых ЯР (БН-800, БРЕСТ) разработаны ГСО. Если в обычных ЯР стержни ГСО являются "тонущими" (с плотностью, большей чем теплоносителя), то в ЯР со свинцом они - всплывающие (с плотностью, меньшей, чем у теплоносителя). И в БН-800 и в БРЕСТ-ОД-ЗОО часть стержней аварийной зашиты (АЗ) является пассивными.

Определены научно-технические вопросы, требующие решения при создании и разработке пассивных ГСО: параметры течения жидкости в щели с неподвижными стенками; геометрические и другие характеристики (параметры); расчет параметров статической характеристики; определение параметров движения тела с помощью статической характеристики (рис. 4); режимы состояния и перемещения рабочего органа в канале; определение параметров неустановившегося движения (разгон); определение параметров сигнализации состояния РО.

Рис. 3. Исполнительный механизм и контур управления полуавтономной ГСО: 1 - активная зона; 2 - канал; 3 - стержень -поглотитель (СП); 4 - дроссель СП; 5 -седла; 6 - полость ЯР; 7 - пружина; 8 -головка канала; 9 - дроссель седла; 10 -насос; 11 - редуктор; 12 - аккумулятор; 13 - трехходовой распределитель; 14 -двухходовой распределитель; 15 - резервуар сброса; 16 - расходомеры - указатели положения; 17- настроечный клапан.

Определены статические характеристики перемещения РО в потоке теплоносителя. Уравнений движения любого тела в общем виде:

<1х ^

где тТ - масса тела, "^Р - сумма, действующих на него сил. Силу гидродинамического воздействия жидкости на удлиненное тело в канале будем записывать, как и при установившемся движении,

Рт = Дрш-/т + гдт/щ.

В работе показано, что эта сила может быть преобразована к виду

рт = г(куш-кА*жч+к,у7),

где геометрический фактор: Г = рЛ.%ту^3 /8,

Л. X ^

к Лк т

а коэффициент

■, и = 1,2,3.

КХг^'

Это общее уравнение силы с двумя неизвестными н \\>т. Оно решается исключением из него поочередно по одному неизвестному.

Если тело неподвижно (взвешено в потоке жидкости), т. е. п>г = 0 и

Если тело падает в стоячей жидкости, то = 0 и Тогда скорость воды в канапе, при которой тело взвешивается:

где хт" описанный периметр тела.

Расход жидкости (через один канал), необходимый для взвешивания тела

О = м> Г

2--К.В к.в./ к '

Скорость падения в стоячей жидкости и^с = м>квк^ Для гладкихтел ™тс = + + )

Выражение для статической характеристики представляет собой следующее:

КМ.)=+,

где К = кл/^кХ1-кл . При /Т/-Гк>0,5 ¿>0,95.

При таком сочетании параметров статическая характеристика(рис. 2) является практическим прямой линией

™>тс=1-(м*>кв)=1-(&/ав). Определены параметры движение тела с помощью статической характеристики.

Рис. 4. Статические характеристики перемещения РО в потоке теплоносителя: I - сброс (падение) по потоку; 2 - взвешивание в опускном потоке; 3 - подъем в стоячей воде; 4 - подъем; 5 - тело "поплавок"; 6 - тело "тонущее"; 7 - скорость воды в канале (тело взвешивается); 8 -падение в противотоке; 9 — падение в стоячей жидкости; Индексы: в - взвешивания; доп - допустимая; к - в канале; к.в - в канале при взвешивании; к.п - в канале при подъеме; макс - максимальная; н.ф. - нейтронно-физический; п - подъема; ПБЯ - правила безопасности ядерной; сбр - сброса; т - тела; т.е. - тела при сбросе.

Падение тела в замкнутом контуре при очень малом зазоре между телом и каналом - уравнение движения тела имеет вид,

К + = + + СЛ,/щХк)ри«72.

При увеличении зазор между телом и каналом пределом является падение тела в неограниченном пространстве, т. е. при = 0. В этом случае влияние канала отсутствует и уравнение движения тела имеет вид сЬс,

Падения тела в стоячей жидкости имеет вид,

к

Тх

¿—1 л

■г к,ут.

Графически эти случи движения представлены на (рис. 5).

Рис. 5. Характеристики ускоренного движения твердого тела в средах: - без сопротивления (в воздухе) <Ш'/с1Т=\ (1)\ - с сопротивлением, пропорциональным квадрату скорости (1 1УТ /с1Т=\-(2); - IV = 1- е"т с сопротивлением, пропорциональным скорости сИУ^/сИ^Х-Шт (экспонента) (3); —> - варианты расчета: -задан путь получаем время Ти скорость (V,; - задано время Т2, получаем путь Бг и скорость Ш2.

В третьей главе рассматриваются пассивные и активные жидкостные системы остановки с вводом жидкого поглотителя (ЖП) в активную зону ЯЭУ. Обычно в гидравлических системах жидкость является рабочим телом. В ядерной технике жидкость, кроме этого, может быть и средством воздействия на реактивность, например, поглотителем. Гидравлические системы с поглощающей жидкостью называются жидкостными. В последние годы все чаще рассматриваются пассивные жидкостные системы.

При аварийных ситуациях, если не удалось ввести в зону достаточное число стержней-поглотителей, вводится в действие жидкостная система воздействия на реактивность, построенная на ином принципе действия, чем стержнеприводные системы остановки.

Жидкий поглотитель может вводиться непосредственно в объем реактора или в каналы системы управления и защиты (СУЗ). Эффективность жидкостной системы достаточна для надежного удержания реактора в подкритическом состоянии с учетом возможного высвобождения реактивности при его охлаждении.

В активно-пассивной системе жидкий поглотитель из бака с раствором поглотителем самотеком поступает в сливную магистраль контура охлаждения (КО) СУЗ, далее в проточную часть каналов охлаждения СУЗ с помощью насосов или самотеком непосредственно в каналы в зависимости от состояния контура охлаждения (рис. 6).

Рис. 6. Принципиальная схема жидкостной системы остановки: 1

- теплообменный аппарат; 2 - арматура контура; 3 - труба ввода жидкого поглотителя; 4 - арматура ввода жидкого поглотителя; 5 - бак жидкого поглотителя; б - канал СУЗ; 7 - напорный коллектор; 8 -стержень поглотитель; 9 - активная зона; 10 - вытеснитель; 11 -сливной коллектор; 12 - насос; 13

- циркуляционный бгк; 14 - бак аварийного запаса охлаждающей

воды;.....-,- пассивный

и активный ввод жидкого поглотителя соответственно

Рассмотрен набор из 190 каналов и стержней СУЗ. Средняя реактивность стержня-поглотителя 0,08 р. Вводимая жидким поглотителем отрицательная реактивность в зависимости от его концентрации определяется по формуле

г а.з аз.расч (Сжг), где Ра.з(°) - расчетная реактивность

расхоложенной и разотравленной активной зоны, соответствующая исходному состоянию, т.е. с поглотителем нулевой концентрации; ра 3 расч (Сж п) - расчетная реактивность при вводе поглотителя с концентрацией Сж „.

Анализируется возможность использования в ЖСВР водных растворов борной кислоты и нитрата гадолиния (рис. 7).

Проанализированы жидкостные системы воздействия на реактивность с изменением концентрации поглотителя в контуре и активной зоне. Получено, что используемой в конкретном реакторе одинаковой эффективности жидкостной системы концентрация борной кислоты должна быть больше, чем нитрата гадолиния, примерно в 6,7 раза (рис. 7). При толщине кольцевого зазора до 4 мм на вводимую реактивность сильно влияет объем поглотителя, для колец толщиной свыше 4 мм влияние объема незначительно. При концентрации нитрата

гадолиния и борной кислоты больше чем 2,5 и 16,7 г/л соответственно вводимая реактивность перестает зависеть от толщины кольца.

Рис. 7 Рис. 8

Рис. 7. Влияние концентрации поглотителя (нитрата гадолиния, борной кислоты) на эффективность жидкостной системы для реакторной установки со стержнями СУЗ с эквивалентным зазором 1,5 (1), 1,75 (2), 4 (3), 10 мм (4) Рис. 8. Зависимость времени ввода поглотителя в контур охлаждения СУЗ от диаметра трубы и объема вводимого жидкого поглотителя: 1,2 — минимальное время ввода в контур охлаждения СУЗ объемом 110 и 220 м3 соответственно; 3 — ввод жидкого поглотителя в обезвоженный контур с клапаном и задвижкой; 4, ^— ввод 15 и 40м3 поглотителя в заполненный конту р соответственно.

При использовании нитрата гадолиния в качестве поглотителя вследствие его высокой растворимости объем вводимого раствора может быть примерно в 20 раз меньше, чем в системе с борной кислотой.

Продолжительность срабатывания жидкостной системы в основном определяется временем истечения поглотителя из бака в контур. При вводе жидкого поглотителя в контур охлаждения СУЗ с работающими насосами для исключения чередования прохождения через активную зону участков с чистой водой и поглотителем время истечения последнего должно быть не меньше времени полного оборота контурной воды.

Особенность схем ЖСО для ЯЭУ заключается в максимальном использовании элементов штатного оборудования: трубопроводов, баков, средств контроля, системы водной очистки. Диаметр подводящего поглотителя трубопровода определяется исходя из известного времени истечения поглотителя из бака в контур (рис. 8).

Разработана методика расчета основных технологических параметров жидкостной системы подкритичности с вводом жидкого поглотителя: концентрации, массы и объемы, размеров баков и подводящих трубопроводов, продолжительности ввода поглотителя в контур и зону и вывода из контура и зоны. Расчетная относительная эффективность перехода от активной жидкостной системы к пассивной составляет по борной кислоте 5, по нитрату гадолиния 8,5.

В четвертой главе приводятся пассивные системы безопасного охлаждения активной зоны реактора. Предлагается их классификация; принципиальные решения. Проводится анализ различных схем и конструкторско-технологических решений СБО, предлагаемых для ЯЭУ, которые могут использоваться для обеспечения охлаждения реактора даже в условиях запроектных аварий. Они могут входить в состав дополнительной СБ реактора, как системы длительного поддержания подкритического состояния, дополняющие быстродействующую часть.

Проведен обзор пассивных систем залива аварийной защиты, предназначенных для реакторов в случае аварийных течей. Обзор выявил разнообразие конструкторских и схемных решений, способных оптимизировать системы пассивного залива а.з..Различные системы пассивного залива аварийной защиты представлены - на рис. 9.

Рис. 9. Различные системы пассивного залива активной зоны реакторов: а -АРбОО(ЮОО); б - ЕР1000; в - АРУ/Я; г - Мв-бОО; 1 - реактор; 2 - гидроаккумулятор; 3 - бак повторного залива АЗ; 4 - бак подпитки; 5 - бак запаса воды; 6 -гидроемкость с нагревом верхней части; 7 - нагреватель и изоляция; 8 - устройство для профилирования расхода; 9 - газосбросное устройство Показано назначение и место таких СБО в структуре СБ РУ.

В пятой главе приводятся схема и конструкторско-технологические решения по пневмогидравлическому устройству пассивной обратной связи (УПОС): схемы системы и исполнительных механизмов; исходные данные и параметры; методика и пример расчета и рекомендации.

Определены следующие важные параметры для УПОС по методике: давление в газовой емкости (расположенной вне корпуса реактора); скорость изменения уровня жидкости в канале УПОС (при малых изменениях уровня в канале); реальное время изменения уровня в канале УПОС; максимальная скорость залива канала УПОС жидкостью в случае разрыва газовой трубки (при возможности свободного истечения газа из канала).

Контроль состояния положения рабочего органа УПОС производится путем сравнения давления в аккумуляторе с давлением, создаваемым напорным уровнем теплоносителя. Сигнализация - по сравнению показаний уровнемера и манометра (на аккумуляторе).

В шестой главе рассматриваются пассивные арматурные изделия воздействия на расход теплоносителя. Арматурные изделия (АИ) СБ или арматурные средства безопасности при теплотехнических авариях обеспечивают включение системы аварийного охлаждения ядерного топлива, удержание теплоносителя в реакторе, ограничение превышения давления в первом контуре, ограничения выхода радиоактивных веществ за пределы барьеров безопасности.

Пассивные арматурные средства, использующие пневмопружинные ак-туаторы, предложено применять во всех СБ и системах важных для безопасности (СВБ): отвода пара, подачи питательной воды, очистки теплоносителя и охлаждения исполнительных механизмов, декомпрессии, защиты от превышения давления, жидкостной остановки и др..

Для введения в действие этих арматурных средств предлагается использовать взаиморезервирующие инициаторы срабатывания активного и пассивного принципов действия. Активная инициация осуществляется по сигналу от УСБ, а пассивная - по сигналу от пассивных инициаторов срабатывания по следующим режимным параметрам: повышение давления и температуры среды; снижение уровня в реакторе; реверс расхода; снижение или рост расхода теплоносителя; рост нейтронного потока.

Представлены: классификация, разделение по группам, технические требования, особенности модульных активно-пассивных исполнительных механизмов.

Приводится методика: проведение силовых расчетов, определение усилий, выбор силовых элементов, сил трения и конечного уплотнения.

Анализируется возможность использования АСБ в качестве пассивных СБ РУ. Они могут быть следующие устройства: быстродействующие отсечные клапаны (задвижки), перемещающиеся от привода; прямодействующие клапаны пружинного и грузового типа, срабатывающие в направлении потока; клапаны, срабатывающие поперек направления потока среды, и неперемещающиеся устройства для ограничения потока среды.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Классифицированы и сопоставлены известные данные по активно-пассивным системам ЯР, включая принципиальные схемы, конструкторские решения, экспериментальные исследования. Разработана классификация активно-пассивных СБ. Сформулированы и обобщены проблемы, возникающие при создании и разработке этих систем.

2. Сформулированы основы разработки активно-пассивных СБ, в основных и вспомогательных системах;

• воздействие на реактивность реактора и расход теплоносителя;

• выполнение управляющих, контролирующих, исполнительных, обеспечивающих функций;

• создание многоразовых и одноразовых (легко заменяемых) систем;

• применение отработанных, используемых технических решений в сочетании с нетрадиционными.

3. Гидродинамические исполнительные механизмы и системы является весьма эффективным средствам воздействия на реактивность ЯЭУ. Из них хорошо комплектуются активно-пассивные системы, которые могут .быть выполнены полностью пассивными, но для более эффективного использования в них сохраняется возможность активного воздействия. Гидродинамические системы управления позволяют осуществлять прямое гидродинамическое определение положения рабочего органа. Они компактны, просты, эффективны. Предложенная и опробованная методика их расчета с учетом всех особенностей создания ГСУ поможет более широкому их внедрению в ядерную энергетику.

4. Методика расчета ГСУ содержит алгоритмы, порядок их применения, экспериментальные значения нерасчетных величия, расчет диапазона использования (неподвижное состояние, статическое перемещение, разгон и сигнализацию).

5. Проанапизированны жидкостные системы воздействия на реактивность с изменением концентрации поглотителя в контуре и активной зоне. В конкретном реакторе для одинаковой эффективности жидкостной системы концентрация борной кислоты должна быть больше, чем нитрата гадолиния, = в 6,7 раза. Получены значения геометрических размеров поглотителей, достаточных для ввода необходимой реактивности. Нитрата гадолиния из-за его высокой растворимости объем вводимого раствора может быть примерно в 20 раз меньше, чем в системе с борной кислотой.

6. Разработана методика расчета основных технологических параметров жидкостной системы подкритичности с вводом жидкого поглотителя: концентрации, массы и объемы, размеры баков и подводящих трубопроводов, продолжительности ввода поглотителя в контур и зону и вывода из контура и зоны. Расчетная относительная эффективность перехода от активной жидкостной системы к пассивной составляет по борной кислоте 5, по нитрату гадолиния 8,5.

7. Проанализированы системы пассивного залива активной зоны для обеспечения охлаждения реактора. Используемые технические решения позволяют добиться выполнения функции пассивного залива. Система обеспечивает подачу охлаждающей воды в течение длительного периода времени и исключает попадание неконденсирующихся газов в реактор, обеспечивая надежную работу аварийных систем теплоотвода.

8. Устройство пассивной обратной связи работает пассивно: при снижении напорного уровня теплоносителя РО УПОС - его жидкостный столб входит в активную зону и вводит отрицательную реактивность (и наоборот).

9. Результаты настоящей работы использованы:

• по ГСУ в пассивных стержнях СУЗ ЯР БН-800, в техническом проекте управления и защиты реактора БРЕСТ-ОД-ЗОО;

• по жидкостным системам - в техническом проекте реактора РБМК-1000 5 энергоблоке Курский АЭС;

• по пассивным системам аварийного охлаждения - в техническом проекте реактора ВВЭР-1000 проекта АЭС-2006;

• по пневмогидравлическим устройствам обратной связи в техническом проекте СУЗ реактора БРЕСТ-ОД-ЗОО.

• по арматурным средством безопасности в техническом проекте ЯЭУ ВК-300.

10. Созданный научный задел, состоящий из принципиальных схем, методик расчета и расчетных зависимостей, может быть использован при создании и обосновании различных активно-пассивных систем воздействия на реактивность, на расход теплоносителя и остановки, что будет способствовать ускоренному внедрению активно-пассивных систем в ядерную энергетику.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Ионайтис P.P., Пхоун JI.4. Краткие характеристики ядерных энергетических реакторов // Трубопроводная арматура и оборудование. - 2005. - №6. -С. 44-45.

2. Ионайтис P.P., Пхоун JI.4. Пассивные средства, систем, элементы безопасности. Словарь терминов, определений, толкований (Часть 1) // Трубопроводная арматура и оборудование. - 2006. - №4. - С. 85-87.

3. Ионайтис P.P., Пхоун J1.4. Пассивные средства, систем, элементы безопасности. Словарь терминов, определений, толкований (Часть 2) // Трубопроводная арматура и оборудование. - 2006. - №5. - С. 41-43.

4. Ионайтис P.P., Пхоун Лин Чайн. Определение параметров активно-пассивной жидкостной системы останова реактора // Атомная энергия. - 2008. -Т.1 04, вып.б.-С. 333-339.

5. Ионайтис P.P., Пхоун Лин Чайн. Основы создания активно-пассивных гидродинамических систем управления и защиты ЯР // Атомная энергия. -2009. - Т. 106, вып.З. - С. 104-111.

I стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА БЕЗОПАСНОСТИ ЯЭУ

1.1. Основные положения (обеспечения) безопасности

1.2. Словарь терминов и определений

1.3. Место пассивных исполнительных устройств в ЯЭУ

1.4. Обзор возможных схем и принципов действия ПЭБ

2. АКТИВНО-ПАССИВНЫЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОСТАНОВКИ (АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ) РЕАКТОРОВ

2.1. Схемы систем и исполнительных механизмов

2.2. Исходные данные и методика определения статических параметров

2.2.1. Параметры течения жидкости в щели с неподвижными стенками

2.2.2. Геометрические и другие характеристики (параметры) СГУ

2.2.3. Определение параметров движения тела в статике

2.2.4. Режимы состояния и перемещения рабочего органа в канале

2.3. Определение параметров неустановившегося движения (разгона)

2.4. Определение параметров пассивной сигнализации

2.5. Пример расчета

3. ПАССИВНЫЕ И АКТИВНЫЕ ЖИДКОСТНЫЕ СИСТЕМЫ ОСТАНОВКИ С ВВОДОМ ЖИДКОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ

В АКТИВНУЮ ЗОНУ

3.1. Вопросы и задачи

3.2. Схемные решения

3.3. Обработка экспериментов по взвешиванию растворов жидких поглотителей, по вводу и перемешиванию поглотителя

3.4. Методика и пример расчета

3.5. Выводы

4. ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА

4.1. Классификация

4.2. Краткие характеристики новых пассивных систем безопасности

4.3. Существующие системы пассивного залива активной зоны

4.4. Проект АЭС нового поколения ВВЭР-1000/В

4.5. Анализ возможности модернизации пассивного залива аварийной защиты

5. ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ПАССИВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

5.1. Описание и обоснование устройства пассивной обратной связи

5.2. Управление, контроль и сигнализация ИМ УПОС

5.3. Исходные данные и параметры 92 5.3. Методика и пример расчета

6. ПАССИВНЫЕ АРМАТУРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАСХОД ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

6.1. Общие положения

6.2. Особенности модульного активно-пассивного ИМ воздействия на расход теплоносителя

6.3. Методика проведения силовых расчетов

6.4. Определение действующих сил и выбор силового элемента

6.5. Определение сил трения и сил конечного уплотнения 113 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 115 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 118 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 123 Приложение. Словарь терминов, определений, толкований по пассивным средствам, системам, элементам безопасности

В ядерной энергетике постоянное внимание уделяется повышению уровня безопасности действующих и проектируемых ядерных энергоустановок (ЯЭУ). Заметная роль в повышении уровня безопасности ЯЭУ принадлежит пассивным элементам и системам безопасности (СБ), вводимым в действие без участия оператора, без подачи энергии в момент срабатывания, без сигналов из управляющих СБ. Расчеты Атомэнергопроектов (АЭП) показывают, что применение пассивных систем безопасности повышает уровень безопасности энергоблока на порядок.

Пассивные элементы безопасности (ПЭБ) различаются:

• по режимным параметрам (давление, расход, уровень и др.);

• по принципу формирования аварийного сигнала (нагрев, изменение перепада давления, прогиб и др.);

• по принципу действия (увеличение гидравлического сопротивления, изменение баланса сил, перемещение и др.);

• по действующим силам (тяжести, давления пружины и др.).

Применение СБ с пассивными элементами позволяет:

• дополнить активные системы безопасности ЯЭУ пассивными системами на ином принципе действия;

• уменьшить влияние действий оператора и его возможных ошибок;

• повысить надежность и безопасность ЯЭУ.

Основные системы безопасности, применяемые в существующих ЯЭУ и рассматриваемые для проектируемых ЯЭУ, выполняют функции воздействия г на реактивность, на расход теплоносителя и локализации аварии. Из них в настоящей работе рассматриваются (рис. 1):

• активно-пассивные гидродинамические системы остановки (ГСО) (аварийной защиты) реакторов с вводом в активную зону твердых поглотителей;

• пассивные и активные жидкостные системы остановки (ЖСО) с вводом жидких поглотителей в активную зону;

Рис. 1. ЯЭУ с активной зоной, использующей все ПЭБ данной работы: С — система; П - питание; У- управление; ПАИ- пассивные арматурные изделия; Пр - привод; РО - рабочий орган; ТРО - твердый РО; ТВС - тепловыделяющая сборка; а.з — активная зона; СГУ - система гидродинамического управления; ЖСО - жидкостная система остановки; СБО - система безопасности охлаждения; УПОС - устройство пассивной обратной связи;- активный; ------пассивный.

• пассивные системы безопасного охлаждения (СБО) активной зоны реактора;

• пневмогидравлические устройства пассивной обратной связи (УПОС);

• пассивные арматурные изделия (ПАИ) воздействия на расход теплоносителя.

Рабочие органы (РО) системы управления и защиты (СУЗ) ядерного реактора (ЯР) находятся в потоке теплоносителя. Он оказывает на указанные элементы существенное силовое действие. На РО действует гидравлическая сила, которая в зависимости от направления движения жидкости и РО, увеличивает или уменьшает силовую нагрузку, изменяет скорость и продолжительность перемещения рабочих органов в зоне, разгоняет и/или тормозит их и т.п.

В связи с повышением роли пассивности в системах безопасности ЯР, с созданием быстрых ЯР (БН-800, БРЕСТ) их создателями разрабатываются СГУ. Если в обычных ЯР стержни СГУ являются "тонущими" (с плотностью, большей чем теплоносителя), то в ЯР со свинцом они - всплывающие (с плотностью, меньшей, чем у теплоносителя). И в БН и в БРЕСТ часть стержней аварийной зашиты (A3) является пассивными, срабатывающими без участия оператора и управляющей системы и без подачи энергии, что соответствует современным тенденциям.

Обычно в гидравлических системах жидкость является рабочим телом. В ядерной технике жидкость, кроме этого, может быть и средством воздействия на реактивность, например, поглотителем. Гидравлические системы с поглощающей жидкостью называются жидкостными.

Если не удалось ввести в зону достаточное число стержней-поглотителей, вводится в действие жидкостная система воздействия на реактивность (ЖСВР), построенная на ином принципе действия, чем стержнеприводные системы остановки.

Жидкий поглотитель вводится непосредственно в объем реактора или каналы системы управления и защиты. Эффективность жидкостной системы достаточна для надежного удержания реактора в подкритическом состоянии с учетом возможного высвобождения реактивности при его охлаждении.

Одной из важных систем безопасности ЯР является система аварийного охлаждения активной зоны, которая строится с использованием активных и пассивных элементов. Система пассивного аварийного охлаждения активной зоны состоит из нескольких гидроемкостей с запасом жидкости, находящихся под давлением газа, и трубопроводов с обратными клапанами, связывающими гидроемкости с реактором.

Цель настоящей работы состоит в следующем: анализ и разработка схем активно-пассивных (гидродинамических, жидкостных, пневмогидравлических) систем воздействия на реактивность систем остановки, аварийной защиты, на расход теплоносителя аварийного охлаждения активной зоны и др.; получение характеристик и параметров активно-пассивных систем расчетным путем; разработка простых и достаточно точных инженерных методик для расчета параметров и характеристик активно-пассивных систем.

Научная новизна работы по активно-пассивным системам определяется следующим. Разработаны принципиальные положения разработки пассивных СБ. Для активно-пассивных систем воздействия на реактивность и на расход теплоносителя разработаны расчетные методики, обработаны й включены в методики экспериментальные значения критериев и параметров. Впервые получен единый свод требуемого обоснования пассивно-активных систем безопасности.

При разработке расчетно-аналитических методик определения параметров (СГУ, ЖСВР, УПОС, ПАИ) использованы законы механики и методы оценки нейтронно-физической эффективности поглотителей, а также аппроби-рованные физические модели и математические методы.

На защиту выносятся:

- определение пассивных элементов безопасности;

- рекомендации по созданию СГУ. С помощью них в процессе исследования, проектирования, наладки и эксплуатации на объекте можно быстро и простыми средствами определять параметры и характеристики системы гидравлического управления стержнями СУЗ (время срабатывания, изменение расхода протекающей через канал жидкости для сигнализации, закон движения стержня при вводе в активную зону, профиль скорости в щели между стержнем и каналом для тепло-физического расчета и т. п.) в зависимости от изменения (случайного или сознательного) параметров системы (гидравлического сопротивления, перепада давления) и т. п.;

- расчетные формулы и критерии для определения параметров (ЖСВР) (реактивность и эффективность жидкого поглотителя), определение эффективности жидкостной системы, выбор концентрации поглотителя в активной зоне, определение объема бака, в котором готовится раствор поглотителя необходимого объема и требуемой концентрации, расчет продолжительности ввода жидкого поглотителя в контур охлаждения ЖСВР и др.;

- методика расчета пневмогидравлической системы;

- методика расчета взаимодействия сил в арматурных изделиях теплотехнических СБ.

В соответствии с решаемыми задачами настоящая работа имеет следующую структуру.

В главе I рассматривается основные положения, термины и определения, место пассивных систем и устройств безопасности ЯЭУ, анализируются возможные схемы и принципы действия пассивных элементов безопасности (ПЭБ), в конструкционном, расчетном и экспериментальном отношениях, предлагается классификация систем и определяются проблемы их разработки.

В главе II рассматривается активно-пассивные гидродинамические системы остановки (аварийной защиты) ЯЭУ: схемы систем и исполнительных механизмов; исходные данные и методика определения статических параметров; определение параметров пассивной сигнализации; определение параметров неустановившегося движения (разгона); примеры расчета и рекомендации.

В главе III приведены основы жидкостных систем остановки, оценка ней-тронно-физической эффективности жидких поглотителей, выбор их концентрации, определение технологических параметров, т.е. размер баков, диаметров подводящих трубопроводов, времен ввода и вывода жидкого поглотителя в контур и активную зону и из них.

В главе IV проводится пассивные системы безопасного охлаждения активной зоны реактора предлагается: классификация; принципиальные решения; обработка экспериментов по вводу и перемешиванию поглотителя; методика и примеры расчеты; выводы.

В главе V проводятся схемы и конструкторско-технологические решения по пневмогидравлическим устройствам пассивной обратной связи (УПОС): схемы системы и исполнительных механизмов; исходные данные и параметры; методика и примеры расчета и рекомендации.

В главе VI рассматриваются арматурные изделия (АИ) СБ и арматурные средства безопасности (АСБ) при теплотехнических авариях, в том числе, классификация, разделение по группам, технические требования, особенности модульных активно-пассивных исполнительных механизмов. Приводится методика: проведение силовых расчетов, определение усилий, выбор силовых элементов, сил трения и конечного уплотнения.

В заключении содержатся рекомендация и полагается, что данная работа будет способствовать ускоренному внедрению пассивных и активно-пассивных систем безопасности в практику реакторостроения.

1. Классифицированы и сопоставлены известные данные по активно пассивным системам ЯР, включая принципиальные схемы, конструкторские решения, экспериментальные исследования. Разработана классификация активно-пассивных СБ. Сформулированы и обобщены проблемы, возникающие при создании и разработке этих систем.2. Сформулированы основы разработки активно-пассивных систем; • воздействие на реактивность реактора и расход теплоносителя; • выполнение управляющих, контролирующих, исполнительных, обеспечивающих функций; • создание многоразовых и одноразовых (легко заменяемых) систем; • применение отработанных, используемых технических решений в предлагаемых системах;

3. Гидродинамические исполнительные механизмы и системы является весьма эффективным средствам воздействия на реактивность ЯЭУ. Из них хорошо комплектуются активно-пассивные системы, которые могут быть выполнены полностью пассивными, но для более эффективного использования в них сохраняется возможность активного воздействия. Гидродинамические системы управления позволяют осуществлять прямое гидродинамическое определение положения рабочего органа. Они компактны, просты, эффективны.Предложенная и опробованная методика их расчета с учетом всех особенностей создания ГСУ поможет более широкому их внедрению в ядерную энергетику.4. Методика расчета ГСУ содержит алгоритмы, порядок их применения, экспериментальные значения нерасчетных величия, расчет диапазона использования (неподвижное состояние, статическое перемещение, разгон и

сигнализацию).5. Проанализированны жидкостные системы воздействия на реактивность с изменением концентрации поглотителя в контуре и активной зоне. Получено, что в конкретном реакторе для одинаковой эффективности жидкостной системы концентрация борной кислоты должна быть больше, чем нитрата гадолиния, примерно в 6,7 раза. Получено значения геометрических размеров поглотителей, достаточных для ввода необходимой реактивности. Нитрата гадолиния в виду его высокой растворимости объем вводимого раствора может быть примерно в 20 раз меньше, чем в системе с борной кислотой.6. Разработана методика расчета основных технологических параметров жидкостной системы подкритичности с вводом жидкого поглотителя: концентрации, массы и объемы, размеры баков и подводящих трубопроводов, продолжительности ввода поглотителя в контур и зону и вывода из контура и зоны. Расчетная относительная эффективность перехода от активной жидкостной системы к пассивной составляет по борной кислоте 5, по нитрату гадолиния 8,5.7. Проанализированы системы пассивного залива активной зоны для обеспечения охлаждения реактора. Используемые технические решения позволяют добиться выполнения функции пассивного залива. Система обеспечивает подачу охлаждающей воды в течение длительного периода времени и исключает попадание неконденсирующихся газов в реактор, обеспечивая тем самым надежную работу аварийных систем теплоотвода.8. Устройство пассивной обратной связи работает пассивно: при снижении напорного уровня теплоносителя РО УПОС - его жидкостный столб входит в активную зону и вводит отрицательную реактивность (и наоборот).9. Результаты настоящей работы использованы: • по ГСУ в пассивных стержнях СУЗ ЯР БН-800, в техническом проекте управления и защиты реактора БРЕСТ-ОД-300; • по жидкостным системам - в техническом проекте реактора РБМК-1000 5 энергоблоке Курский АЭС; • по пассивным системам аварийного охлаждения — в техническом проекте реактора ВВЭР-1000 проекта АЭС-2006; • по пневмогидравлическому устройству обратной связи в техническом проекте СУЗ реактора БРЕСТ-ОД-300.• по арматурным средством безопасности в техническом проекте ЯЭУ

10. Созданный научный задел, состоящий из принципиальных схем, методик расчета и расчетных зависимостей, может быть использован при создании и обосновании различных активно-пассивных систем воздействия на реактивность, на расход теплоносителя и остановки, что будет способствовать ускоренному внедрению активно-пассивных систем в ядерную энергетику.Перечень сокращений и обозначений АБ — аварийный бак АИ — арматурное изделие A3 — аварийная защита АОТ — аварийный отвод теплоты АП — актуатор пассивный а.з. — активная зона АПП — актуатор пневмопружиный АПр — арматура предохранительная АС — аварийный сигнал АСБ — арматурные средства безопасности АУ — автономное устройство АЭП — Атомэнергопрект АЭС —- атомная электростанция БА — бак аварийный БУ — блок управления ВР — воздействие на реактивность ГИМ — гидродинамический исполнительный механизм ГСО — гидродинамическая система остановки ГЦН — главный циркуляционный насос Д — дроссель ЖП — жидкий поглотитель ЖС — жидкостная система ЖСВР — жидкостная система воздействия на реактивность ЖСО — жидкостная система остановки ЖСП — жидкостная система подкритичности ЖСУ — жидкостная система удержания ИМ — исполнительный механизм КД — компенсатор давления КО — контур охлаждения НБ — напорный бак НЭ — нормальная эксплуатация ОК — обратный клапан ОПБ — общие положения безопасности ОСБ — основные системы безопасности П — питание ПАИ — пассивные арматурные изделия ПБЯ — правила безопасности ядерной ПГ — парогенератор ПИС — пассивный инициатор срабатывания ПК — пневмоконтур ППА — пневмопружинный актуатор Пр — привод ПЭ — пассивный элемент ПЭБ — пассивный элементбезопасности РБМК — реактор большой мощности канальный РО — рабочий орган РУ — реакторная установка С — система САОЗ — система аварийного охлаждения активной зоны СБ — система безопасности СБВБ — система быстрого ввода бора СБО — система безопасного охлаждения СВО — система водо-очистки СГУ — система гидродинамического управления СО — система остановки СПОТ — система пассивного отвода остаточного тепла — система управления и защиты — труба — твердый РО — теплообменный аппарат — тепловыделяющая сборка — термоинициатор пассивного срабатывания — трехходовой переключатель — управление — устройство отключающее — устройство перемешивания — устройство пассивной обратной связи — удерживающее пусковое устройство — управляющая система безопасности — циркуляционный бак — чувствительный элемент — элемент безопасности — ядерный реактор — ядерная энергетическая установка АР, MS, — типы зарубежных реакторов БН, БРЕСТ,— типы российских реакторов ВВЭР, ВК-300, A - Архимедова сила; D, d, м - диаметр; DN,PN,TN - номинальные диаметр арматурного изделия, давление и температура;

, м- гидравлический диаметр; F,/,M— площадь; G — сила тяжести; H,h,M- высота, уровень; L, I, м - длина; Q — расход жидкость; S -путь; V— объем; Ah — гидравлические потери; Ар - перепад давлений; z - координата (глубина погружения); V, м3 - объем; С, г/л; %(об.) - концентрация; р, м /ч - производительность очистки; Р, МПа - давление; w, м/с — приведенная скорость; р, кг/ м , р — плотность, реактивность; ц. - коэффициент расхода;

8, м - толщина; т , с - время; X —периметр; А, - коэффициент сопротивления трения; v — кинематический коэффициент вязкости жидкости; С, — коэффициент гидравлического сопротивления; Индексы Аз — арматура обычно закрыто; а.з. - активная зона; Ао - арматура обычно открыто; б — бак; вх - вход; вых — выход; др - дроссель; ж - жидкость; жп - жидкий поглотитель; ист. — истечение; к -канал; кон —контур; нг — нитрат гадолиния; н.ф - нейтронно-физический; общ—общий; отн — относительный; ост. — остаточная; сбр - сброс; ср - среднее; ст — стержень; т — тело; треб - требуемое; у - установка; уст — установивший; ш — штатный; щ — щель; экв - эквивалентный

1. Ионайтис P.P. Пассивные элементы систем, важных для безопасности ядерных установок. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 96 с.

2. Ионайтис P.P. Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1992. - 230 с.

3. Ионайтис P.P. Концепция и технические решения по нетрадиционным средствам безопасности энергоустановок // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика ЯР. Вып. Динамика ЯЭУ. М.: 1997. - С. 43-49.

4. Ионайтис P.P., Шведов Н.Л. Прямодействующая A3 // Атомная техника зарубежом. 1988. № 1.-С. 10-16.

5. Ионайтис P.P., Шведов Н.Л. Системы безопасности ядерных реакторов // Книга-обзор АИНФ-614, -М.: ЦНИИатоминформ, 1984. 100 с.

6. Машиностроение ядерной техники / Е.О. Адамов, Ю.Г. Драгунов, В.В. Орлов и др. М.: Машиностроение, - Т. IV-25, 2005. - 960 с.

7. ОПБ-88/97 ПНАЭ Г-01-Р11. Общие положения обеспечения ядерной безопасности атомных станций. М., Энергоатомиздат, 1997. - 48 с.

8. Ионайтис P.P., Меньшиков П.Н. Усовершенствование трубопроводных устройств (ЯТ) нетрадиционными средствами // Атомная энергия. 1998. — Т. 84. Вып.4.-С. 363-366.

9. ПБЯ РУ АС-89 ПНАЭ Г-1-024-90. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. М., ЦНИИстоминформ, 1991. - 52 с.

10. ПНАЭ Г-7-013-89. Правила устройства и безопасной эксплуатации исполнительных механизмов органов воздействия на реактивность. — М., Энергоатомиздат, 1990. 25 с.

11. ПНАЭ Г-7-008-89. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. — М., Энергоатомизат, 1990. 169 с.

12. Денисов В.П., Драгунов Ю.Г. Реакторные установки ВВЭР для атомных электростанций. М.: Изд-во AT, 2002. - 480 с.

13. Ионайтис P.P. Развитие систем безопасного охлаждения активной зоны РУ ВВЭР-1000// Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. 2003. - Вып.2. - С. 82-91.

14. Подшибякин А.К., Никоненко М.П, Беркович В.М. Проектирование систем управления запроектными авариями на РУ с ВВЭР // Сб. докл. на 3-ей науч.-тех. конф. Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР. — Подольск, — 2003. -Т. 1, 4.2.-С. 45-55.

15. Ионайтис P.P., Шведов H.J1. Патентно-техническое исследование систем гидродинамического управления поглощающими стержнями ЯР // Атомная техника за рубежом. 1982. №4. - С. 11-21.

16. Ионайтис P.P., Шведов H.J1. Прямодействующая A3 // Там же. 1988, №1. - С. 10-16.

17. Емельянов И.Я. , Воскобойников В.В., Масленок Б.А. Основы проектир-вания механизмов управления ЯР. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 272 с.

18. Ионайтис P.P. Концепция A3 // Безопасность атомных станции. — М.: ЦНИИ атомиформ, 1990. №3. С. 41-54.

19. Ионайтис P.P. Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами. М.: Изд-во МГТУ, 1992. - 231 с.

20. Методические особенности пассивных систем безопасности АЭС с ВВЭР-640 / Афров A.M., Рогов М.Ф., Федоров В.Г. и др. Теплоэнергетика. 1996, №11.-С. 16-21.

21. Андреева JI.A., Ионайтис P.P., Поляков Б.А. Создание комплексного стенда исполнительных механизмов воздействия на реактивность РУ БРЕСТ // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. — 2003.-Вып.2.-С. 59-69.

22. Андреева JI.A., Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Нетрадиционные способы контроля состояния (положения) рабочих органов систем воздействия на реактивность // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Обеспечение безопасности АЭС. 2003. - Вып.2. - С. 70-81.

23. Ионайтис P.P., Пхоун Лин Чайн. Краткие характеристики ядерных энергетических реакторов // Трубопроводная арматура и оборудование. — 2005. №6, -С. 44-45.

24. Ионайтис P.P., Пхоун Лин Чайн. Пассивные средства, систем, элементы безопасности. Словарь терминов, определений, толкований // Трубопроводная арматура и оборудование. 2006. №4. - С. 85-87. №5. - С. 41-43.

25. Ионайтис P.P., Пхоун Лин Чайн. Определение параметров активно-пассивной жидкостной систем останова реактора // Атомная энергия. — 2008. -Т. 104. Вып.6. - С. 333-339.

26. Ионайтис P.P., Стобецкий В.Н. Гидравлика системы управления и защиты ядерных реакторов. -М.: 1972. 188 с.

27. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Госэнергоиз-дат. 1978.-352 с.

28. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. — М.: Энергоиздат, 1991, кн. 1. — 351 с.

29. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Проблемы и экспериментальные исследования жидкостных систем остановки // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. Вып.2. - С. 5-15.

30. Бубнова Т.А., Васина В.Н., Ионайтис P.P. Параметры и характеристики жидкостной системы воздействия на реактивность // Вопросы атомной науки и техники. 2003. - Вып.2. - С. 17-31.

31. Ионайтис P.P. Развитие систем безопасного охлаждения активной зоны РУ ВВЭР-1000 // Вопросы атомной науки и техники. 2003. - Вып.2. - С. 8291.

32. Бубнова Т.А., Ионайтис P.P. Состояниет разработок жидкостных систем остановки ядерных реакторов // Атомная энергия. — 2003. Т. 94, Вып.5. - С. 344-353.

33. Ионайтис P.P., Бубнова Т.А., Рождественский М.И. Расчетные характеристики жидкостной системы обеспечения удержания РУ РБМК в подкритическом состоянии // Годовой отчет НИКИЭТ-1998. М.: ГУП НИКИЭТ, 1999. -С. 21-23.

34. Ионайтис P.P., Бубнова Т.А. Пассивные системы и элементы безопасность АЭ // Трубопроводная арматура и оборудование. 2005. №2. - С. 74-76. №3. - С.70-73.

35. Беркович В.М., Копытов И.И., Таранов Г.С. Пассивные системы аварийного охлаждения активных зон реакторов в современных проектах АЭС и пути их дальнейшего совершенствования // Сборник трудов. Вып.6. - 2005. - С. 1721.

36. Крушельницкий В.Н., Беркович В.М., Швыряев Ю.В. и др. Оптимизация проектных решений по безопасности и экономике для энергоблоков АЭС с реактором ВВЭР нового поколения // Сборник трудов АЭП. Вып.2, - 2001, -С. 18-28.

37. Драгунов Ю.Г., Денисов В.П. Реакторные установки ВВЭР для атомной энергетики. -М.: Изд-во AT, 2002. 105 с.

38. Беркович В.М., Копытов И.И., Таранов Г.С. Пассивные системы аварийного охлаждения активных зон реакторов в современных проектах АЭС и пути их дальнейшего совершенствования // Сборник трудов АЭП. Вып.6, - 2005, — С. 3-16.

39. Беркович B.M., Малышев А.Б., Мальцев М.Б. Влияние пассивных систем АЭС нового поколения на обеспечение локализующих функций контайнмента // Сборник Трудов АЭП. -Вып.З, 2002. С. 3-14.

40. Драгунов Ю.Г.Рыжов С.Б. Никитекко М.П. Модернизация систем АЭС с ВВЗР-440 Первого поколения // Сборник трудов ОКБ Гидропресс. Вып.5, 2004.-С. 113-124.

41. Беркович В.М., Калякин С.Г., Малышев А.Б. Крупномасштабный гидравлический стенд для обоснования проектных функций пассивного залива ГЕ-2 проекта РУ-392 // Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР: Материалы отраслевой конференции. СПБ, 2000.

42. Chang C.J., Lee С.Н., Hong W.T. et al. Study of the performance of the passive core cooling system on IIST SBLOCA experiments // Proc. of ICONE 8. 8th Intern. Conf. on Nuclear Engineering. Baltimore, MD USA, April 2-6, 2000, ICONE-8078.

43. Chu I.C., Chung H.J., Park W.M. et al. Performance evaluation of passive safety injection flow controllers for the APR1400 reactor // Proc. of ICONE 10. 10th Intern. Conf. on Nuclear Engineering. Arlington, VA, April 14-18, 2002, ICONE-22479.

44. Ichimura Т., Ueda S., Saito S. et al. Design verification of the advanced accumulator for the APWR in Japan // Proc. of ICONE 8:8th Intern. Conf. on Nuclear Engineering. Baltimore, MD, USA, April 2-6, 2000, ICONE-84353.

45. Cho S. J., Kim B.S., Rang M.G. et al. The development of passive design features for the Korean next generation reactor // Nuclear Engineering and Design, -2000,- vol. 201,-p. 259-271.

46. Neumann D. The passive safety systems of the SWR 1000 // Proc. of ICONE 9. 9th Intern. Conf. on Nuclear Engineering. Nice, France, April 8-12, 2001, ICONE-9851.

47. Juhn P.E., Kupitz J., Cleveland J. et al. IAEA activities on passive safety systems and overview of international development // Nuclear Engineering and Design, 2000,- vol. 201, - p. 41-59.

48. Ионайтис P.P., Черняев B.B. Определение пневмогидравлических характеристик системы пневможидкостного регулирования // Вопросы атомной науки и техники. 1973. - Вып.4. - С. 77-85.

49. Judd A.M. Fast breeder reactors (an engineering introduction). USA.: Pergamon press, - 1981. - 151 p.

50. Ионайтис P.P., Стобецкий B.H. Гидравлика СУЗ ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1972. - 188 с.

51. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) / П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков, и М.: Энергоатомиздат, 1990. - 360 с.

52. Гуревич Д.Ф. Арматура АЭС. М.: Энергоиздат, 1982. - 310 с.

53. Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. СПБ.: Машиностроение, 1987. - 518 с.

54. Ионайтис P.P., Меньшиков П.Н. Усовершенствование трубопроводных устройств нетрадиционными средствами // Атомная энергия. Т. 84. Вып.4. 1998.-С. 363-366.129