съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора (варианты)

Формула изобретения

1. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), распертые по крайней мере одной пружиной (4) и удерживаемые стяжками (5), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите (2) и в блокирующем элементе (3), снабженные упорами (7), установленными над верхней несущей плитой (2), внутренними уступами (8), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (9), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты (17) на упомянутых направляющих каналах (1) и запираемыми блокирующим элементом (3), опертым, по крайней мере, на один из направляющих каналов (16), причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (11) с установленными на них над блокирующим элементом (3) опорными элементами (12), взаимодействующими с пружинами (13), поджимающими верхнюю несущую плиту (2) к упорам (7), отличающаяся тем, что между опорными элементами (12) и блокирующим элементом (3) выполнены аксиальные зазоры (15), величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов (1) и (16).

2. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), распертые по крайней мере одной пружиной (4), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите (2) и в блокирующем элементе (3), снабженные упорами (7), установленными над верхней несущей плитой (2), внутренними уступами (8), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (9), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты (17) на упомянутых направляющих каналах (1) и запираемыми блокирующим элементом (3), причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (11) с установленными на них над блокирующим элементом (3) опорными элементами (12), взаимодействующими с пружинами (13), поджимающими верхнюю несущую плиту (2) к упорам (7), отличающаяся тем, что, по крайней мере, один из сцепных элементов (9) снабжен упором (19), ограничивающим движение вниз блокирующего элемента (3), а между опорными элементами (12) и блокирующим элементом (3) выполнены аксиальные зазоры (15) величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов (1).

3. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), распертые по крайней мере одной пружиной (4), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите (2) и в блокирующем элементе (3), снабженные упорами (7), установленными над верхней несущей плитой (2), внутренними уступами (8), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (9), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты (17) на упомянутых направляющих каналах (1) и запираемыми блокирующим элементом (3), причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (11) с установленными на них над блокирующим элементом (3) опорными элементами (12), взаимодействующими с пружинами (13), поджимающими верхнюю несущую плиту (2) к упорам (7), отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна из направляющих втулок (6) снабжена упором (20), ограничивающим движение вниз блокирующего элемента (3), а между опорными элементами (12) и блокирующим элементом (3) выполнены аксиальные зазоры (15) величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов (1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к активным зонам ядерных реакторов с водой под давлением.

Эксплуатационные характеристики и конструктивные особенности тепловыделяющей сборки и, в частности, ее головки являются факторами, влияющими на безопасность ядерного реактора. В условиях переменных градиентов температур по сечению тепловыделяющей сборки и разности величин терморадиационной ползучести на элементах тепловыделяющей сборки особое значение имеют конструкторские решения, предотвращающие возможность жесткого нагружения и разрушения этих элементов.

Известна тепловыделяющая сборка [1] ядерного реактора, включающая пучок тепловыделяющих элементов (твэлов), установленных вертикально в каркасе, собранном из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых каналах, служащих направляющими каналами для поглощающих стержней. К выступающим концам трубчатых направляющих каналов присоединены концевые части: снизу - хвостовик, а сверху - съемная головка, содержащая верхнюю несущую и нижнюю опорную плиты с отверстиями, смонтированные на проходящих через эти отверстия направляющих втулках, имеющих в нижней части сцепные элементы (цанги), охватывающие своими проточками бурты на трубчатых направляющих каналах. Направляющие втулки установлены своими внутренними уступами на верхних торцах трубчатых направляющих каналов. Головка тепловыделяющей сборки содержит пружины, установленные между верхней несущей плитой и опорными элементами в виде опорных шайб, опертых на наружные выступы направляющих втулок, центральную пружину, частично сжатую между нижней опорной плитой и верхней несущей плитой. Направляющие стяжки, закрепленные в нижней опорной плите, проходят с радиальным зазором через отверстие в верхней несущей плите. Бурты на верхних торцах направляющих втулок ограничивают перемещение верхней несущей плиты вверх. Стопорное устройство, фиксирующее соединение съемной головки, выполнено в виде плиты с отверстиями, охватывающими своими стенками сцепные элементы, обеспечивает разъемность соединения головки. Стопорное устройство, соединенное направляющими, выполненными, например, в виде конической обечайки, с опорной плитой, образует блокирующий элемент для сцепных элементов. По оси тепловыделяющей сборки на нижней опорной плите установлена упорная втулка, снабженная внутренним уступом, расположенным с аксиальным зазором над верхним торцом центрального трубчатого канала.

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является отсутствие технической возможности контроля величины аксиального зазора между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцом центрального трубчатого (направляющего) канала в силу закрытости его упорной втулкой. Упомянутый аксиальный зазор обеспечивает компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных удлинений трубчатых (направляющих) каналов и центральной трубы и потому знание его величины необходимо для установления правильности сборки головки и ее работоспособного состояния.

Целью изобретения является повышение надежности тепловыделяющей сборки и безопасности ядерного реактора.

Задачей изобретения является обеспечение контролируемости правильной установки съемной головки на тепловыделяющую сборку, при которой в процессе эксплуатации компенсируется неравномерность изменения длин направляющих каналов в процессе эксплуатации.

Техническим результатом изобретения является обеспечение контролируемой компенсации разности радиационных и температурных удлинений направляющих каналов между собой и исключение возможности неравномерного нагружения и искривления направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом из-за разности удлинений направляющих каналов между собой.

Достижение цели изобретения обеспечивается тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит верхнюю несущую плиту и блокирующий элемент, распертые по крайней мере одной пружиной и удерживаемые стяжками, направляющие втулки, проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите и в блокирующем элементе, снабженные упорами, установленными над верхней несущей плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты на упомянутых направляющих каналах и запираемыми блокирующим элементом, опертым, по крайней мере, на один из направляющих каналов, причем упомянутые направляющие втулки снабжены внешними выступами с установленными на них над блокирующим элементом опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими верхнюю несущую плиту к упорам. Новым является то, что между опорными элементами и блокирующим элементом выполнены аксиальные зазоры, величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов.

При таком устройстве съемной головки аксиальные зазоры, которые обеспечивают компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов, могут быть легко проконтролированы при внешнем осмотре в процессе эксплуатации тепловыделяющей сборки.

Достижение цели изобретения обеспечивается также тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит верхнюю несущую плиту и блокирующий элемент, распертые по крайней мере одной пружиной, направляющие втулки, проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите и в блокирующем элементе, снабженные упорами, установленными над верхней несущей плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты на упомянутых направляющих каналах и запираемыми блокирующим элементом, причем упомянутые направляющие втулки снабжены внешними выступами с установленными на них над блокирующим элементом опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими верхнюю несущую плиту к упорам. Новым является то, что, по крайней мере, один из сцепных элементов снабжен упором, ограничивающим движение вниз блокирующего элемента, а между опорными элементами и блокирующим элементом выполнены аксиальные зазоры, величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов.

При таком устройстве съемной головки аксиальные зазоры, которые обеспечивают компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов, могут быть легко проконтролированы при внешнем осмотре в процессе эксплуатации тепловыделяющей сборки. Кроме того, конструкция съемной головки упрощается, так как отсутствует необходимость установки направляющих стяжек и дополнительных направляющих каналов для ограничения хода вниз опорной плиты.

Достижение цели изобретения обеспечивается также тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит верхнюю несущую плиту и блокирующий элемент, распертые по крайней мере одной пружиной, направляющие втулки, проходящие через отверстия, соответственно, в верхней несущей плите и в блокирующем элементе, снабженные упорами, установленными над верхней несущей плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за бурты на упомянутых направляющих каналах и запираемыми блокирующим элементом, причем упомянутые направляющие втулки снабжены внешними выступами с установленными на них над блокирующим элементом опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими верхнюю несущую плиту к упорам. Новым является то, что, по крайней мере, одна из направляющих втулок снабжена упором, ограничивающим движение вниз блокирующего элемента, а между опорными элементами и блокирующим элементом выполнены аксиальные зазоры, величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов.

При таком устройстве съемной головки аксиальные зазоры, которые обеспечивают компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных изменений длин направляющих каналов, могут быть легко проконтролированы при внешнем осмотре в процессе эксплуатации тепловыделяющей сборки. Кроме того, конструкция съемной головки упрощается, так как отсутствует необходимость установки направляющих стяжек и дополнительных направляющих каналов для ограничения хода вниз опорной плиты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора с аксиальным зазором между опорными элементами пружин и блокирующим элементом, опирающимся, по крайней мере, на один из направляющих каналов;

фиг. 2 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора с аксиальным зазором между опорными элементами пружин и блокирующим элементом, опирающимся на упор, выполненный, по крайней мере, на одном из сцепных элементов (на одной из цанг);

фиг. 3 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора с аксиальным зазором между опорными элементами пружин и блокирующим элементом, опирающимся на упор, выполненный, по крайней мере, на одной из направляющих втулок.

Варианты осуществления изобретения

Съемная головка тепловыделяющей сборки (18) ядерного реактора по п.1 (фиг. 1), закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), которые расперты, по крайней мере, одной пружиной (4) и удерживаются стяжками (5) на расстоянии, не более заданного. Блокирующий элемент (3) может быть выполнен в виде двух плит, соединенных направляющими элементами, на верхней из которых закреплена, по крайней мере, одна стяжка (5) и в которую упирается нижним торцом пружина (4), а на нижней из которых - стопорной плите (10) имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Блокирующий элемент (3), как вариант, также может быть выполнен в виде одной нижней стопорной плиты (10) с направляющими элементами, в которой закреплена стяжка (5) и имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Перемещение блокирующего элемента (3) вниз под действием пружины (4) ограничивается упором одной из его плит в торец, по крайней мере, одного направляющего канала (16). Направляющие элементы могут быть выполнены в виде конической обечайки или в виде наклонных ребер. Сцепные элементы (9) могут быть выполнены в виде цанг, охватывающих проточками бурты (17) на направляющих каналах (1). Стяжки (5) могут быть выполнены, например, в виде шпилек, установленных на переходной плите, с гайками над прижимной плитой. Направляющие втулки (6) проходят через отверстия в верхней несущей плите (2) и в плитах блокирующего элемента (3) и снабжены упорами (7), установленными (например, методом сварки) над верхней несущей плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (8) стыкуются с торцами трубчатых направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы (9). Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (11), на которых установлены опорные элементы (12). Опорные элементы (12) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами (14), между которыми и одной из плит блокирующего элемента (3) выполнены аксиальные зазоры (15). А на опорные элементы (12) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (13), на которые оперта верхняя несущая плита (2).

Как вариант исполнения, съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п. 2 (фиг.2) закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), которые расперты, по крайней мере, одной пружиной (4). Блокирующий элемент (3) может быть выполнен в виде двух плит, соединенных направляющими элементами, в одну из которых упирается нижним торцом пружина (4), а на нижней из них - стопорной плите (10) имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Блокирующий элемент (3), как вариант, также может быть выполнен в виде одной нижней стопорной плиты (10) с направляющими элементами, в которой имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Направляющие элементы могут быть выполнены в виде конической обечайки или в виде наклонных ребер. Сцепные элементы (9) могут быть выполнены в виде цанг, охватывающих проточками бурты (17) на направляющих каналах (1). Направляющие втулки (6) проходят через отверстия в верхней несущей плите (2) и в плитах блокирующего элемента (3) и снабжены упорами (7), установленными (например, методом сварки) над верхней несущей плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (8) стыкуются с торцами направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы (9). Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (11), на которых установлены опорные элементы (12). Опорные элементы (12) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами (14), между которыми и одной из плит блокирующего элемента (3) выполнены аксиальные зазоры (15). А на опорные элементы (12) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (13), на которые оперта верхняя несущая плита (2). Перемещение блокирующего элемента (3) вниз под действием пружины (4) ограничивается по крайней мере одним упором (19), выполненным на нижнем конце сцепного элемента (9).

Как вариант исполнения, съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п. 3 (фиг.3) закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит верхнюю несущую плиту (2) и блокирующий элемент (3), которые расперты, по крайней мере, одной пружиной (4). Блокирующий элемент (3) может быть выполнен в виде двух плит, соединенных направляющими элементами, в одну из которых упирается нижним торцом пружина (4), а на нижней из них - стопорной плите (10) имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Блокирующий элемент (3), как вариант, также может быть выполнен в виде одной нижней стопорной плиты (10) с направляющими элементами, в которой имеются отверстия для прохода теплоносителя и отверстия, охватывающие сцепные элементы (9). Направляющие элементы могут быть выполнены в виде конической обечайки или в виде наклонных ребер. Сцепные элементы (9) могут быть выполнены в виде цанг, охватывающих проточками бурты (17) на направляющих каналах (1). Направляющие втулки (6) проходят через отверстия в верхней несущей плите (2) и в плитах блокирующего элемента (3) и снабжены упорами (7), установленными (например, методом сварки) над верхней несущей плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (8) стыкуются с торцами направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы (9). Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (11), на которых установлены опорные элементы (12). Опорные элементы (12) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами (14), между которыми и одной из плит блокирующего элемента (3) выполнены аксиальные зазоры (15). А на опорные элементы (12) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (13), на которые оперта верхняя несущая плита (2). Перемещение блокирующего элемента (3) вниз под действием пружины (4) ограничивается по крайней мере одним упором (20), выполненным на направляющей втулке (6).

Работа съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.1 осуществляется следующим образом.

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой поджимается внутрикорпусными устройствами реактора таким образом, что пружины (4) и (13) получают дополнительную упругую деформацию. При этом блокирующий элемент (3) остается неподвижным, так как опирается по крайней мере на один направляющий канал (16). Вследствие этого аксиальные зазоры (15) остаются неизменными. Пружины (4) и (13) развивают суммарное усилие, достаточное для удержания тепловыделяющей сборки в нижнем положении в потоке теплоносителя. Пружина (4) удерживает от подъема в потоке теплоносителя также и блокирующий элемент (3). Теплоноситель поступает в тепловыделяющую сборку снизу и, сняв тепловую энергию с пучка тепловыделяющих элементов (18), выходит через съемную головку.

Для демонтажа съемной головки может быть использовано приспособление, аналогичное описанному в [2] , которое, преодолевая усилие пружины (4), а также, возможно, и пружин (13), поднимает блокирующий элемент (3) на высоту, достаточную для выхода из взаимодействия блокирующего элемента (3) со сцепными устройствами (9). В таком положении блокирующего элемента (3) перемещение съемной головки вверх приводит к расцеплению сцепных устройств (9) с выступами (17) на направляющих каналах (1), и съемная головка может быть снята с тепловыделяющей сборки. В снятом состоянии блокирующий элемент (3) и пружина (4) удерживаются в съемной головке с помощью, по крайней мере, одной стяжки (5).

Во время работы реактора на направляющих каналах (1) и (16) могут реализовываться различные удлинения вследствие неравномерных тепловых и радиационных потоков. Если удлинение направляющего канала (1) превосходит удлинения направляющего канала (16), то аксиальный зазор (15) увеличивается на их разность, а если, наоборот, меньше удлинения направляющего канала (16), то аксиальный зазор (15) уменьшается на их разность. Таким образом, для того, чтобы усилие пружины (13) не передавалось на блокирующий элемент (3) и через него на направляющий канал (16), а прикладывалось только к "своему" направляющему каналу (1), величина аксиального зазора (15) в исходном состоянии не должна быть меньше максимальной разницы возможных удлинений направляющих каналов (1) и (16).

Работа съемной головки по п.2 осуществляется аналогичным образом, за исключением следующего.

Как в рабочем, так и в снятом состояниях съемной головки блокирующий элемент (3) и пружина (4) удерживаются в съемной головке от перемещения вниз с помощью, по крайней мере, одного упора (19) на сцепном элементе (9).

Работа съемной головки по п.3 осуществляется также аналогичным образом, за исключением следующего.

Как в рабочем, так и в снятом состояниях съемной головки блокирующий элемент (3) и пружина (4) удерживаются в съемной головке от перемещения вниз с помощью, по крайней мере, одного упора (20) на направляющей втулке (6).

Таким образом, предлагаемые решения по устройству съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора обладают существенными отличиями и техническими преимуществами по сравнению с прототипом. Внедрением предлагаемых решений достигается повышение надежности тепловыделяющей сборки за счет обеспечения контролируемой компенсации разности температурных и радиационных удлинений направляющих каналов между собой. Указанная компенсация исключает неравномерное нагружение и искривление направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом в процессе эксплуатации. При этом обеспечивается возможность контроля величины аксиальных зазоров между опорными элементами пружин и блокирующим элементом, по которым можно сделать заключение о равномерности распределения усилий пружин по направляющим каналам, что важно для обеспечения надежности работы тепловыделяющей сборки.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется также повышением безопасности ядерного реактора за счет исключения причин вероятных неисправностей или отказов тепловыделяющей сборки.

Промышленная применимость

Наиболее целесообразно предложенные решения использовать для эксплуатации на водо-водяных ядерных энергетических реакторах.

Источники информации

1. Патент РФ 2079171. МКИ G 21 C 3/32, 3/335.

2. Патент РФ 2075118. МКИ G 21 C 3/32.