Способы крепления оборудования в реакторе с
натриевым теплоносителем (АЭС)
Основной корпус реакторов БН-350, БН-600 имеет опору внизу, а
большинство зарубежных реакторов на быстрых нейтронах интегральной
компоновки имеют опору вверху, т. е. корпус реактора находится в
подвешенном состоянии.
При компоновке оборудования с опорой корпуса внизу верхняя неподвижная
защита расположена вне бака в зоне низких температур и может быть
негерметичной с принятием нагрузки в основном только от собственной
массы. Все внутриреакторные устройства (активная зона с защитой, насосы,
теплообменники, вращающиеся пробки) установлены на нижнем несущем поясе
(см. рис. 3.8, 3.10, 3.11). Нагрузка от пояса через специальные опоры
передастся на фундамент. Нижняя рама с установленным на ней
оборудованием и верхняя часть реактора омываются теплоносителем с
различной температурой. Поэтому в такой конструкции согласование
термических расширений насосов, теплообменников, пробок с верхней частью
реактора и герметизация их выхода из бака — одна из трудных, проблем. В
реакторе БН-600 эти вопросы решены ^благодаря использованию сильфонов на
горловинах насосов и теплообменников. Крепление насосов на
цилиндрическом стакане с опорой внизу требует установки дополнительных
опор для предупреждения вибраций. Вращающиеся пробки вместе с
центральной колонной и механизмом перегрузки расположены на верхней
конической части реактора. Термическое расширение происходит вверх от
катковых опор, на которых установлен реактор. Нагрузка от катков
передается на фундамент.
Первый контур английского реактора PFR (см. рис. 3.14) размещается в
цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали диаметром 12 700 мм, который
подвешен к опорной конструкции крышки. Страховочный корпус из
малолегированной стали окружает основной. Бак (корзина) реактора
поддерживает «активную зону и образует напорную камеру для натрия.
Корзина передает нагрузку с помощью опорного цилиндра и продольного
бруса на опорную конструкцию основной решетки, прикрепленную к корпусу
реактора. Все оборудова ние первого контура удерживается конструкцией
крышки корпуса реактора. Крышка представляет собой конструкцию из
перлитной стали, собранную из наружной кольцевой формы, соединенной с
помощью десяти перекладин с центральной секцией, в которой размещена
пробка. Страховочный корпус подвешивается к наружной кольцевой форме.
Единственная поворотная защитная пробка смонтирована в конструкции
крышки концентрично с активной зоной. Пробка имеет диаметр 3360 мм,
установлена на шаровом погоне и снабжена гидравлическим уплотнением.
Охлаждение осуществляется с помощью системы с принудительной циркуляцией
аргона.
Реактор PFR относится к «подвешенному» варианту, где корпус реактора
жестко крепится в верхней несущей плите, на которую устанавливаются
насосы, теплообменники, вращающиеся пробки. Крепление корпуса в
подвешенном
состоянии предопределяет простую форму бака и
страховочного кожуха без наличия уступов и горловин (врезок), которые
являются местами концентрации напряжений. Корпус воспринимает в основном
только вес теплоносителя и разгружен от внешних усилий. Насосы первого
контура монтируются на прочном верхнем перекрытии, что снижает опасность
возникновения вибраций. Однако такая компоновка усложняет
конструкторское исполнение верхнего перекрытия реактора, поскольку оно
является одновременно и силовым, и герметичным и должно иметь
температуру в зоне обслуживания не более 50—60 °С. Вращающиеся пробки
устанавливаются на верхней плите, и по условиям требований к соосности
стержней и гильз СУЗ плита должна иметь ограниченный строго рассчитанный
прогиб. Все это требует применения изоляции поверхности плиты,
обращенной к зеркалу теплоносителя, и других конструктивных мероприятий,
обеспечивающих приемлемые условия ее работы. Конструирование узла
перехода от в корпуса реактора с температурой 500—550 °С к верхнему
перекрытию, где температура на порядок ниже, является сложной и
ответственной задачей. Соприкасающаяся вначале с натрием, а затем с
газом «горячая» стенка бака крепится к «холодной» несущей плите и из-за
различных расширений ч узле примыкания возникают значительные
напряжения. Чтобы «растянуть» градиент температур и обеспечить
приемлемые условия работы, узлы перехода профилируют теплоизоляцией,
соприкасающейся с горячим газом,, применяют обогрев верхней поверхности
бака, а также увеличивают высоту корпуса на 2—4 м в зависимости от
температуры натрия по сравнению с конструкцией, имеющей нижнюю опору.
Опыт эксплуатации реакторов с двумя схемами крепления в баке выявит
решающее преимущество каждой из них.