исполнительный орган системы управления и защиты ядерного реактора

Формула изобретения

Исполнительный орган системы управления и защиты ядерного реактора, содержащий в вертикально устанавливаемом сухом пенале периферийные гильзы с поглотителями нейтронов, центральную гильзу с аксиально перемещаемой подвеской, соединенной с гибкой тягой сервопривода, и проходящие через вертикальные прорези между периферийными и центральной гильзами кронштейны для связи подвески с поглотителями, отличающийся тем, что элементы связи названных кронштейнов с поглотителями выполнены в виде размещенных в периферийных гильзах под поглотителями поршней-толкателей, а кронштейны выполнены с возможностью разрыва связи с поршнями-толкателями при увеличении аксиально перемещающих усилий выше заданных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исполнительным органам систем управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов Предполагаемая область применения - канальные реакторы типа РБМК. Реализуемая функция - относительно медленное разнополярное изменение реактивности в режиме регулирования мощности реактора и быстрый ввод отрицательной реактивности при появлении сигнала на аварийный останов реактора.

Известен исполнительный орган СУЗ /1/, содержащий в вертикально устанавливаемом сухом пенале многозвенный стержень-поглотитель нейтронов, перемещаемый по высоте при помощи гибкой тяги сервоприводом. Охлаждение пенала в канале СУЗ реактора осуществляется водой, протекающей через тонкий кольцевой зазор между внутренней поверхностью канала и внешней - пенала. Охлаждение стержня осуществляется главным образом за счет теплового излучения к внутренней поверхности стенок пенала, частично - за счет конвекции газовой среды (воздуха) в пенале и теплообмена через точки касания "стержень- пенал".

Достоинством такого исполнительного органа в сравнении с другими, размещаемыми непосредственно в каналах СУЗ и снабжаемыми специальными вытеснителями воды, является обеспечение минимума количества воды в пределах активной зоны реактора и, следовательно, минимума нежелательного ввода положительной реактивности при возможном обезвоживании контура охлаждения каналов СУЗ, а также относительно меньший вес перемещаемого стержня в связи с отсутствием в нем вытеснителя.

Недостатком описанного исполнительного органа является весьма высокая вероятность заклинивания стержня-поглотителя в случае возможных искривлений канала СУЗ при аварии и необходимость использования высокотермоустойчивых материалов из-за слабого теплоотвода от все еще слишком массивного стержня-поглотителя.

Исполнительный орган СУЗ /2/, принимаемый за прототип к изобретению, содержит в вертикально устанавливаемом сухом пенале периферийные гильзы с поглотителями нейтронов, центральную гильзу с аксиально перемещаемой подвеской, соединенной с гибкой тягой сервопривода, и проходящие через вертикальные прорези между периферийными и центральной гильзами кронштейны для связи подвески с поглотителями.

Охлаждение элементов исполнительного органа-прототипа осуществляется аналогично описанному выше. Характерной особенностью конструкции является то, что поглотители нейтронов выполнены в виде шарнирно соединенных друг с другом цилиндрических звеньев, а элементы связи кронштейнов с поглотителями - в виде шарниров, соединенных с верхними звеньями поглотителей Аксиальное перемещение и удержание поглотителей в заданном положении осуществляется подвеской, соединенной гибкой тягой с сервоприводом.

Отметим, что центральная гильза пенала исполнительного органа по источнику /2/ содержит еще так называемый вытеснитель-замедлитель, несколько повышающий эффективность поглотителей. Однако в других известных вариантах такого исполнительного органа вытеснитель-замедлитель (ввиду относительно малого влияния на эффективность поглотителей при существенном усложнении конструкции в целом) в центральную гильзу не устанавливается (см., например, /2/, Рис. 17а) и в дальнейшем изложении принимается отсутствующим.

К достоинствам исполнительного органа-прототипа в сравнении с аналогом можно отнести существенно меньший вес (массу) поглотителей при их высокой эффективности в отношении влияния на реактивность и снижение требований к термоустойчивости используемых материалов в связи с улучшением условий теплоотвода.

Недостатком исполнительного органа-прототипа является то, что вероятность заклинивания поглотителей в гильзах в случае возможных искривлений канала СУЗ и пенала при аварии сохраняется приблизительно на том же, что и у аналога по /I/, уровне.

Задачей изобретения является повышение надежности исполнительного органа-прототипа при вводе отрицательной реактивности для аварийной защиты (останова) реактора.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении повышенной проходимости поглотителей в активную зону в случае возможных искривлений канала СУЗ и пенала при аварии.

Указанный технический результат достигается тем, что элементы связи кронштейнов подвески с поглотителями выполнены в виде размещенных в периферийных гильзах под поглотителями поршней-толкателей, а кронштейны выполнены с возможностью разрыва связи с поршнями-толкателями при увеличении аксиально-перемещающих усилий выше заданных.

Использование средств удержания поглотителей снизу дает возможность выполнить их в виде цилиндров или шариков без специальных элементов взаимосвязи и обеспечивает им повышенную проходимость в активную зону в случае возможных искривлений канала СУЗ и пенала при аварии. То, что кронштейны выполнены с возможностью разрыва связи с поршнями-толкателями при увеличении аксиально перемещающих усилий выше заданных, обеспечивает возможность управления большей частью поглотителей даже в случае, если меньшая их часть окажется в дефектных периферийных гильзах.

Изобретение поясним по представленному на рисунке эскизу исполнительного органа СУЗ с шариковыми поглотителями нейтронов Замена шариковых поглотителей цилиндрическими принципа действия такого исполнительного органа не меняет.

На чертеже обозначено: 1 - канал СУЗ с фланцем 2 для подвода охлаждающей воды и крепления к металлоконструкциям реактора, не показанным; 3 - сухой пенал (корпус) исполнительного органа с периферийными гильзами 4, центральной гильзой 5 и фланцем 6 для соединения с фланцем 2 канала СУЗ; 7 - поглотители нейтронов; 8 - поршни-толкатели поглотителей; 9 - кронштейны подвески 10, соединенной при помощи гибкой тяги 11 с барабаном 12 сервопривода 13; 14 - опорные демпферы для смягчения ударной нагрузки на элементы конструкции при быстром перемещении подвески и поглотителей вниз по аварийному сигналу на останов реактора или при обрыве тяги 11. Кронштейны 9 выполнены с локальными прорезями 15, обеспечивающими разрыв связи с поршнями-толкателями 8 при увеличении аксиально перемещающих усилий выше заданных (этот весьма "грубый" прием разрыва связи кронштейнов с поршнями принят здесь лишь для упрощения описания; практически такую функцию релейного типа предполагается реализовать механическими защелками).

В указанном на чертеже состоянии исполнительного органа элементы 7-10 находятся в верхней части активной зоны, выделенной на чертеже штриховкой. При подаче сигнала на вращение сервопривода 13 с барабаном 12 в направлении, при котором тяга 11 удлиняется, элементы 7-10 еще больше в активную зону погружаются и интенсивность поглощения нейтронов поглотителями 7 увеличивается. При подаче сигнала на вращение сервопривода 13 с барабаном 12 в направлении, при котором тяга 11 укорачивается, элементы 7-10 начинают перемещаться в сторону извлечения из активной зоны и интенсивность поглощения нейтронов поглотителями 7 уменьшается. В отсутствие управляющего сигнала к сервоприводу поглотители 7 неподвижны.

В аварийной ситуации, при заклинивании в какой-либо гильзе 4 поршня 8 и невозможности его свободного перемещения вниз, связь между соответствующим кронштейном 9 и поршнем 8 в месте расположения прорези 15 под действием силы тяжести подвески 10 разрывается и тем самым возможность перемещения поглотителей вниз в других периферийных гильзах пенала сохраняется. В случае заклинивания элементов 7, 8, препятствующего их свободному перемещению в дефектной гильзе 4 вверх, связь между соответствующим кронштейном 9 и поршнем 8 в месте расположения прорези 15 разрывается под действием подъемной силы сервопривода 13 и возможность перемещения поглотителей в других периферийных гильзах вверх тоже сохраняется.

Для еще большего повышения работоспособности предложенного исполнительного органа в аварийных режимах (в том числе при деформации центральной гильзы пенала), подвеска 10 может быть выполнена радиально-упругоизменяемой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Емельянов И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. - М.: Энергоиздат, 1982, стр. 199-200.

2. Ионайтис P.P. Нетрадиционные средства управления ядерными реакторами - М., Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1992, стр. 63-66, Рис. 17 д.