Marine integral water cooled reactors with steam-condensate process in the primary circuit

Abstract

Одним из путей улучшения массо-габаритных характеристик судовых водоохлаждаемых реакторов интегрального типа с естественной циркуляцией теплоносителя является реализация пароконденсатного цикла в первом контуре, при котором насыщенный пар с высокой степенью сухости генерируется непосредственно в активной зоне и затем конденсируется в парогенера­торе, отдавая тепло рабочему телу второго контура. Тепловыделяющий канал активной зоны с непосредственной генерацией насыщенного пара состоит из кольцевого твэла и установленной в его полости нетепловыделяющей трубки с навивкой для закрутки потока теплоносителя. Закрутка потока внутри твэла предотвращает кризис кипения на его внутренней поверхности (на наружной поверхности твэла имеет место закризисный режим теплоотдачи), что обеспечивает допустимые значения температур топлива и оболочек твэла при достаточно высокой плотности энерговыделений, характерных для активных зон судовых реакторов. В статье описаны особенности теплогидравлического расчета каналов активной зоны, парогенератора-конденсатора и контура естественной циркуляции интегрального реактора с пароконденсатным циклом в первом контуре. Представлены результаты расчета характеристик реакторов тепловой мощностью 150 и 25 МВт. Показано, что размеры интегральных реакторов с естественной циркуляцией теплоносителя при реализации пароконденсатного цикла в первом контуре не превышают размеры характерные для интегральных водоохлаждаемых реакторов с принудительной циркуляцией теплоносителя, предназначенных к использованию на объектах морской техники. One of the ways to improve the weight and size characteristics of integrated water-cooled reactors with natural coolant circulation is to implement a steam condensate cycle in the primary circuit, in which dry saturated steam is generated directly in the core and then condenses in the steam generator. The fuel channel of the core with the direct generation of saturated steam consists of an annular fuel rod and a non-fuel pipe installed in its cavity with a winding for swirling the coolant flow. The swirling of the flow inside the fuel element prevents a burn up its internal surface (there is a post-crisis heat transfer regime on the external surface of the fuel element), which ensures acceptable temperatures of the fuel and its cladding at a sufficiently high energy density typical for marine reactor core. The article discusses the features of thermal-hydraulic calculations of the core channel, steam generator – condenser and natural circulation circuit of integral type reactor with the steam-condensate cycle in the primary circuit. It is presents the characteristics of marine reactors with a thermal capacity of 150 and 25 MW. It is shown that size of the marine integrated reactors with natural coolant circulation and a steam condensate cycle in the primary circuit is similar to size of reactor with enforced coolant circulation.