ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C3/32 G21C3/335 

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов с водой под давлением.

Качество сборки ядерного реактора, эксплуатационные характеристики и конструктивные особенности ТВС являются факторами, влияющими на безопасность ядерного реактора. Чрезмерное нагружение отдельных элементов, неправильная установка, а также изменение положения ТВС при силовых воздействиях со стороны падающих элементов (траверсы и поглощающих стержней) могут привести к повреждению ТВС. Очень важно конструктивными мерами исключить вероятность неправильной сборки (установки ТВС) в активной зоне ядерного реактора, а также обеспечить прочность элементов ТВС в течение всего срока службы. Существующие в настоящее время конструкции ТВС не могут полностью удовлетворить указанным требованиям.

Известна ТВС [1] ядерного реактора, включающая пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), установленных вертикально в каркасе, собранном из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых каналах, внутрь которых входят поглощающие стержни, подвешенные на траверсе. К выступающим концам трубчатых каналов присоединены концевые части: снизу хвостовик, а сверху - съемная головка, содержащая нижнюю опорную и верхнюю несущую плиты с отверстиями, смонтированные на проходящих через эти отверстия направляющих втулках, имеющих в нижней части цанговые захваты и установленных на верхних торцах трубчатых каналов, на которых они закреплены с помощью кольцевых проточек цанговых захватов, охватывающих кольцевые бурты, имеющиеся на упомянутых трубчатых каналах. Между верхней несущей плитой и опорными шайбами, опирающимися на кольцевые выступы направляющих втулок, соосно упомянутым направляющим втулкам установлены в частично сжатом состоянии пружины. В частично сжатом состоянии пружины удерживаются с помощью двух упоров: нижнего, размещенного ниже опорной плиты и верхнего, размещенного выше несущей плиты. Оба упора выполнены в виде присоединенных к направляющим втулкам гильз, ограничивающих своими торцами в первом случае нисходящее движение опорной плиты, а во втором восходящее движение несущей плиты и препятствующих тем самым разжатию пружин как вниз, так и вверх. Блокировку цангового соединения направляющих втулок с трубчатыми каналами обеспечивает стопорная плита с отверстиями, охватывающими цанговые захваты. Стопорная плита и соединяющая ее с нижней опорной плитой коническая обечайка снабжены отверстиями для выхода теплоносителя из ТВС. В верхней части головка ТВС снабжена цилиндрической обечайкой со шпонками, соединенной с подпружиненной верхней несущей плитой и взаимодействующей с нижней плитой блока защитных труб ядерного реактора. На нижней плите блока защитных труб предусмотрены шпоночные пазы с направляющими поверхностями и направляющие каналы для траверсы с поглощающими стержнями. При сборке реактора траверсу с головкой и с подвешенными поглощающими стержнями в крайнем нижнем положении с помощью подпружиненного штока вводят в соответствующие отверстия нижней плиты и направляющие каналы блока защитных труб.

Недостатком известной ТВС является неравномерность нагружения трубчатых каналов усилием пружинного блока ТВС, которая обусловлена различным по величине радиационным ростом упомянутых трубчатых каналов. При этом, если центральный трубчатый канал имеет больший радиационный рост, чем периферийные трубчатые каналы (один или несколько), то он поднимает нижнюю опорную плиту на величину своего радиационного роста. В результате упорные шайбы на отстающих в радиационном росте периферийных трубчатых каналах упираются не в бурты на направляющих втулках, а в нижнюю опорную плиту, снимая усилие частично сжатой пружины с периферийных трубчатых каналов и передавая его через упомянутую плиту на центральный трубчатый канал. Это приводит к перегрузке и потере устойчивости центрального трубчатого канала и может привести к искривлению каркаса ТВС.

Другим недостатком известной ТВС является необходимость иметь в головке центральную пружину с большим ходом, чем периферийные, так как при демпфировании падения траверсы с поглощающими стержнями шток получает большее перемещение, чем верхняя несущая плита, на величину выступания штока над упомянутой плитой. Соответственно для полного использования упругих демпфирующих свойств всех пружин головки ТВС центральная пружина должна обеспечивать больший ход, чем периферийные пружины на величину разности перемещений штока и верхней несущей плиты. Выполнение этого требования приводит к усложнению конструкции нижней опорной плиты из-за необходимости разместить между нижней опорной и верхней несущей плитами более длинную центральную пружину.

Кроме того, недостатком известной ТВС является выход цилиндрической обечайки из проточки в нижней плите блока защитных труб, поджимающего и дистанционирующего головки ТВС в реакторе. Указанный выход цилиндрической обечайки возможен в процессе демпфирования пружинами падения траверсы с поглощающими стержнями при аварийных сбросах. При обратном ходе траверсы с поглощающими стержнями под действием разжимающихся пружин головка траверсы может, получив большое ускорение, не попасть в соответствующие направляющие каналы блока защитных труб, которые имеют сложную конфигурацию. Это становится более вероятным в случае, когда цилиндрическая обечайка головки ТВС вышла из проточки в нижней плите блока защитных труб и сместилась в плане под действием усилий взаимодействия с соседними ТВС. В результате произойдет достаточно сильный удар головки траверсы о нижнюю плиту блока защитных труб, что может привести к разрушению головки траверсы и, соответственно, к снижению надежности ТВС и нарушению безопасности ядерного реактора.

Целью изобретения является повышение надежности ТВС и безопасности ядерного реактора.

Задачей изобретения является сохранение правильной установки и обеспечение прочности элементов ТВС в процессе эксплуатации при возникновении неравномерности температурного или радиационного роста трубчатых каналов, а также при любых возможных силовых воздействиях со стороны траверсы с поглощающими стержнями (в том числе и при их аварийном падении).

Техническим результатом изобретения является исключение неравномерности нагружения трубчатых каналов вследствие их различного температурного и радиационного роста, компенсация температурного или радиационного роста центрального трубчатого канала; cохранение правильной установки и дистанционирования ТВС путем исключения выхода верхней обечайки головки ТВС из проточки в нижней плите блока защитных труб при демпфировании падения траверсы с поглощающими стержнями; унификация пружин в головке ТВС.

Указанная цель достигается тем, что в известной тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов, установленных вертикально в каркасе из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых каналах, внутрь которых входят поглощающие стержни, подвешенные на траверсу с головкой, а также хвостовик и съемную головку, содержащую нижнюю опорную и верхнюю несущую плиты с отверстиями, смонтированные на свободно проходящих через упомянутые отверстия с радиальным зазором направляющих втулках, снабженных в нижней части цанговыми захватами, установленных своими внутренними уступами на торцах трубчатых каналов и охватывающих проточками цанговых захватов бурты на трубчатых каналах, пружины, установленные соосно направляющим втулкам между верхней несущей плитой и опорными шайбами, опертыми на наружные выступы направляющих втулок, центральную пружину, имеющую больший ход, чем периферийные пружины, частично сжатую между дном гильзы, закрепленной в центре нижней опорной плиты, и штоком, проходящим сквозь отверстие в центре верхней несущей плиты, упирающимся в упомянутую плиту наружным выступом и выступающим своим верхним торцем над верхней несущей плитой, направляющие стяжки, закрепленные в нижней опорной плите, проходящие с радиальным зазором через отверстие в верхней несущей плите, бурты на верхних торцах направляющих втулок, ограничивающие перемещение верхней несущей плиты вверх, стопорную плиту, жестко связанную посредством конической обечайки с нижней опорной плитой с отверстиями, охватывающими цанговые захваты в зоне проточек, цилиндрическую обечайку со шпонками, соединенную с верхней несущей плитой, согласно изобретению, по оси тепловыделяющей сборки с упором в дно гильзы установлена упорная втулка, снабженная внутренним уступом, расположенным с аксиальным зазором над верхним торцем центрального трубчатого канала.

При таком устройстве съемной головки исключается неравномерность нагружения трубчатых каналов и обеспечивается компенсация неравномерности радиационного и температурного удлинения трубчатых каналов.

Поставленная цель достигается также тем, что в ТВС упорная втулка закреплена в центре нижней опорной плиты, между которой и верхней несущей плитой установлена центральная пружина, имеющая ход, равный ходу периферийных пружин, а между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцем центрального трубчатого канала выполнен аксиальный зазор, равный высоте выступания торца штока над верхней несущей плитой.

При таком устройстве съемной головки обеспечивается унификация пружин, позволяющая упростить конструкцию нижней опорной плиты, исключается неравномерность нагружения трубчатых каналов, обеспечивается компенсация неравномерности радиационного и температурного роста трубчатых каналов. А следовательно, повышается надежность головки ТВС.

Поставленная цель достигается также тем, что в ТВС в центре верхней несущей плиты выполнено отверстие диаметром, большим диаметра головки траверсы, а между верхними торцами центральной и части периферийных пружин и верхней несущей плитой установлена подвижная плита, имеющая отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие втулки, отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие стяжки, отверстия, сквозь которые свободно проходят по крайней мере три периферийные пружины, которые взаимодействуют своими верхними торцами с верхней несущей плитой.

При таком устройстве съемной головки исключается выход цилиндрической обечайки из проточки нижней плиты блока защитных труб в процессе демпфирования падения траверсы с поглощающими стержнями, исключается неравномерность нагружения трубчатых каналов, обеспечивается компенсация неравномерности радиационного и температурного роста трубчатых каналов и унифицируются все пружины головки ТВС, что позволяет упростить конструкцию нижней опорной плиты. А следовательно, повышается надежность головки ТВС.

Поставленная цель достигается также тем, что в ТВС между верхними торцами центральной и части периферийных пружин и верхней несущей плитой установлена подвижная плита, имеющая отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие втулки, отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие стяжки, отверстия, сквозь которые свободно проходят по крайней мере три периферийные пружины, которые взаимодействуют своими верхними торцами с верхней несущей плитой, и центральное отверстие, в котором размещен взаимодействующий с центральной пружиной шток, упертый своим наружным выступом в подвижную плиту.

При таком устройстве съемной головки исключается выход цилиндрической обечайки из проточки нижней плиты блока защитных труб в процессе демпфирования падения траверсы с поглощающими стержнями, исключается неравномерность нагружения трубчатых каналов, обеспечивается компенсация неравномерности радиационного и температурного роста трубчатых каналов, а также облегчается ввод траверсы с головкой в направляющие каналы блока защитных труб. А следовательно, повышается надежность головки ТВС.

Поставленная цель достигается также тем, что в ТВС между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцем центрального трубчатого канала выполнен аксиальный зазор, равный высоте выступания торца штока над подвижной плитой.

При таком устройстве съемной головки унифицируются все пружины головки ТВС, что позволяет упростить конструкцию нижней опорной плиты, исключается выход цилиндрической обечайки из проточки нижней плиты блока защитных труб в процессе демпфирования падения траверсы с поглощающими стержнями, исключается неравномерность нагружения трубчатых каналов, обеспечивается компенсация радиационного и температурного роста центрального трубчатого канала. А следовательно, повышается надежность головки ТВС.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг. 1-3 представлен вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 1 (в свободном состоянии) с центральным штоком и центральной пружиной, имеющей ход больше хода периферийных пружин, а также сечение А-А и вид 1, показывающие конструкцию соединения цанговых захватов направляющих втулок с трубчатыми каналами; на фиг. 4 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 2 (в свободном состоянии) с унифицированными центральной и периферийными пружинами и зазором между внутренним уступом упорной втулки и торцем центрального трубчатого канала, равным выступанию штока над верхней несущей плитой; на фиг. 5 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 2 с конструкцией узла сопряжения с блоком защитных труб, при правильной сборке ядерного реактора; на фиг. 6-7 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 2 с конструкцией узла сопряжения с блоком защитных труб, при наличии отклонения траверсы с головкой относительно осей направляющих каналов блока защитных труб, в момент установки его в ядерном реакторе, а также разрез Б-Б, показывающий взаимное положение шпонки цилиндрической обечайки и шпоночного паза с направляющими поверхностями; на фиг. 8 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 2 с конструкцией узла сопряжения с блоком защитных труб, в момент демпфирования падения траверсы с поглощающими стержнями и штангой привода системы управления и защиты ядерного реактора; на фиг. 0 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 3 (в свободном состоянии) с подвижной плитой и с унифицированными центральной и периферийными пружинами; на фиг. 10 - вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 4 (в свободном состоянии) с подвижной плитой, штоком, центральной удлиненной пружиной по оси тепловыделяющей сборки и с упорной втулкой, установленной над центральным гладким трубчатым каналом с осевым зазором; на фиг* 11 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 5 (в свободном состоянии) с подвижной плитой, штоком, упорной втулкой, установленной над центральным гладким трубчатым каналом с осевым зазором, равным высоте выступания штока над подвижной плитой; на фиг. 12 вертикальный разрез ТВС ядерного реактора по п. 5 с подвижной плитой, штоком, упорной втулкой, установленной над центральным гладким трубчатым каналом с осевым зазором, равным высоте выступания штока над подвижной плитой. ТВС ядерного реактора представлена в поджатом состоянии (установленном в ядерном реакторе) в момент демпфирования падения траверсы с головкой и поглощающими стержнями.

ТВС ядерного реактора по п. 1 состоит из пучка ТВЭЛов 1, установленных вертикально в каркасе, собранном из дистанционирующих решеток 2, закрепленных на трубчатых каналах 3, а также хвостовика 4 и съемной головки 5.

Съемная головка 5 содержит нижнюю опорную плиту 6 с отверстиями 7, верхнюю несущую плиту 8 с отверстиями 9, направляющие втулки 10, проходящие сквозь отверстия 7 и 9 с зазорами. Направляющие втулки 10 снабжены выступами 11 в средней части, кольцевыми буртами 12 на верхних торцах, препятствующими перемещению вверх верхней несущей плиты 8, а также цанговыми захватами, содержащими вертикальные прорези 13 и кольцевые проточки 14 в своей нижней части. Пружины 15 установлены в частично сжатом состоянии на направляющих втулках 10 между верхней несущей плитой 8 и шайбами 16, упертыми в выступы 11 направляющих втулок 10. Направляющие стяжки 17 закреплены нижними концами в нижней опорной плите 6, а верхние концы проходят сквозь отверстия 18 в верхней несущей плите 8. Частичное сжатие пружин 15 обеспечивают стяжки 17. Верхние торцы 19 трубчатых каналов 3 уперты во внутренние уступы 20 направляющих втулок 10, которые в свою очередь проточками 14 цанговых захватов охватывают кольцевые бурты 21 на трубчатых каналах 3, чем обеспечивается разъемное соединение головки 5 с трубчатыми каналами 3. Стопорная плита 22, соединенная конической обечайкой 23 с нижней опорной плитой 6, расположена в зоне кольцевых проточек 14 и кольцевых буртов 21, охватывая их отверстием 24 и обеспечивая при этом блокировку разъемного соединения цанговых захватов с трубчатыми каналами 3.

Стопорная плита 22 и коническая обечайка 23 снабжены отверстиями 25 и 26 для выхода теплоносителя из ТВС. В центре нижней опорной плиты 6 жестко закреплена гильза 27, в дно которой упирается поджатая центральной пружиной 28 упорная втулка 29, нижняя часть которой снабжена внутренним уступом 30, между которым и верхним торцем 31 центрального трубчатого канала 32 предусмотрен аксиальный зазор 33, равный максимальной величине разностей радиационных и температурных удлинений трубчатых каналов 3 и 32 за срок службы ТВС в ядерном реакторе. Шток 34, проходящий сквозь отверстие 35 и упертый своим наружным выступом 36 в верхнюю несущую плиту 8, поджат снизу центральной пружиной 28. Внутрь направляющих втулок 10 и трубчатых каналов 3 входят с радиальным зазором поглощающие стержни 37, подвешенные на траверсе 38 с головкой 39. К верхней несущей плите 8 прикреплена цилиндрическая обечайка 40, снабженная шпонками 41.

ТВС ядерного реактора по п. 2 имеет аналогичную ТВС по п. 1 конструкцию со следующими отличиями. Упорная втулка 29 закреплена на нижней опорной плите 6. Соосно упорной втулке 29 между нижней опорной плитой 6 и штоком 34 установлена частично сжатая центральная пружина 42 одинакового типоразмера с периферийными пружинами 15. А между внутренним выступом 30 упорной втулки 29 и верхним торцем 31 центрального трубчатого канала 32 предусмотрен аксиальный зазор 43, равный величине выступания штока 34 над верхней несущей плитой 8.

В собранном ядерном реакторе цилиндрическая обечайка 40 уперта в проточку 44 блока защитных труб 45. При этом плита 46 входит внутрь цилиндрической обечайки 40. Направляющие каналы 47 блока защитных труб закреплены в плите 46 с фигурным отверстием 48, сквозь которое может свободно проходить траверса 38 с головкой 39. Проточка 43 снабжена шпоночным пазом 49 и направляющими поверхностями 50. Головка 39 траверсы 38 соединена со штангой 51 привода системы управления и защиты ядерного реактора.

ТВС ядерного реактора по П. 3 имеет аналогичную ТВС по п. 2 конструкцию, в которой верхняя несущая плита 8 снабжена отверстием 52, диаметр которого больше наружного диаметра головки 39 траверсы 38. Под верхней несущей плитой 8 установлена подвижная плита 53, поджатая снизу пружинами 15 и 42. Подвижная плита 53 снабжена отверстиями 54, через которые проходят с радиальным зазором направляющие втулки 10, отверстиями 55 для прохода направляющих стяжек 17 и отверстиями 56, сквозь которые проходят пружины 57, упертые верхними торцами в верхнюю несущую плиту 8. Пружины 15, 42 и 57 имеют одинаковый типоразмер (унифицированы). Между внутренним уступом 30 упорной втулки 29 и верхним торцем 31 центрального трубчатого канала 32 выполнен аксиальный зазор 33.

ТВС ядерного реактора по П. 4 имеет аналогичную ТВС по п. 1 конструкцию, в которой верхняя несущая плита 8 снабжена отверстием 52, диаметр которого больше наружного диаметра головки 39 траверсы 38. Под верхней несущей плитой 8 установлена подвижная плита 53, поджатая снизу пружинами 15 и 28. Подвижная плита 53 снабжена отверстиями 54, через которые проходят с радиальным зазором направляющие втулки 10, отверстиями 55 для прохода направляющих стяжек 17 и отверстиями 56, сквозь которые проходят пружины 57, упертые верхними торцами в верхнюю несущую плиту 8. Шток 34, поджатый снизу пружиной 28, проходящий сквозь отверстие 58 в подвижной плите 53, уперт в нее наружным выступом 36.

ТВС ядерного реактора по п. 5 имеет аналогичную ТВС по 4 конструкцию, в которой упорная втулка 29 закреплена в центре нижней опорной плиты 6, а между внутренним уступом 30 упорной втулки 29 и верхним торцем центрального трубчатого канала 32 выполнен аксиальный зазор 43, равный высоте выступания торца штока 34 над подвижной плитой 53. Соосно упорной втулке 29, между нижней опорной плитой 6 и штоком 34 установлена пружина 42 одинакового типоразмера с пружинами 15 и 57.

В процессе работы ядерного реактора пучок ТВЭЛов 1 генерирует тепловую энергию, которая снимается проходящим через ТВС теплоносителем. Дистанционирующие решетки 2 закрепляют пучок ТВЭЛов 1 на направляющих каналах 30. Теплоноситель поступает в ТВС снизу через хвостовик 4. Пройдя через пучок ТВЭЛов 1, теплоноситель через отверстия 25 в стопорной плите 22 и отверстия 26 в конической обечайке 23 выходит за пределы ТВС.

При установке блока защитных труб 45 на ТВС ориентацию цилиндрической обечайки 40 в плане обеспечивают путем скольжения шпонки 41 по направляющим поверхностям 50 до попадания ее в шпоночный паз 49 в проточке 44. Если в процессе установки блока защитных труб 45 траверса 41 не попадает в фигурное отверстие 48, то через головку 39 происходит нажатие на шток 34, деформирующий в свою очередь пружину 28. При этом верхняя несущая полита 8 и цилиндрическая обечайка 40 вниз не смещаются, а продолжают входить в проточку 44 блока защитных труб 45. Шпонка 41, скользя по направляющим поверхностям 50, попадает в шпоночный паз 49 и задает правильную ориентацию головке ТВС, что обеспечивает попадание (под действием сжатой пружины 28) траверсы 38 с головкой 39 и поглощающими стержнями 37 в фигурное отверстие 48 и далее в направляющие каналы 47 блока защитных труб 45.

После загрузки ТВС в ядерный реактор, установки на них блока защитных труб и уплотнения главного разъема реактора головка ТВС 5 находится в поджатом состоянии, при котором перемещением вниз цилиндрической обечайки 40 под действием упомянутого усилия уплотнения задают частичную деформацию всех пружин 15 и центральной пружины 28.

При этом между буртами 12 и верхней несущей плитой 8 образуется аксиальный зазор. Усилия, развиваемые пружинами 15 через шайбы 16 и выступы 11, передаются на направляющие втулки 10 и далее через внутренние уступы 20 на торцы 19 гладких трубчатых каналов 3. Между гайкой стяжки 17 и верхней несущей плитой 8 также образуется аксиальный зазор, который позволяет центральной пружине 28 переместить упорную втулку 29 вместе с гильзой 27, нижней опорной плитой 6, конической обечайкой 23 и стопорной плитой 22 вниз вдоль направляющих втулок 10 до упора внутреннего уступа 30 в верхний торец 31 центрального трубчатого канала 32. После выбора зазора 33 центральная пружина 28 деформируется вместе с пружинами 15. Таким образом, усилие пружин 15 и 28 обеспечивает прижатие каркаса ТВС к опорным конструкциям ядерного реактора. В этом положении плита 46 входит внутрь цилиндрической обечайки 40, а в фигурное отверстие 48 плиты 46 вводится траверса 38 с головкой 39.

В процессе длительной работы в реакторе трубчатые каналы 3 и 32 могут подвергаться радиационному удлинению. Причем величина этого удлинения может для разных трубчатых каналов отклоняться от средней величины. Наличие зазора, образовавшегося между шайбами 16 и нижней опорной плитой 6, позволяет организовать передачу усилий пружин 15 индивидуально на каждый соответствующий трубчатый канал 37 и исключить передачу этих усилий через нижнюю опорную плиту 6 на центральный трубчатый канал 32. Таким образом, исключается перегрузка центрального трубчатого канала 32, а также возможная потеря устойчивости центральным трубчатым каналом 32 и, вероятно, некоторыми из трубчатых каналов 3.

При аварийных сбросах траверса 38 с головкой 39 ударяется о верхнюю несущую плиту 8 и с ее помощью деформирует пружины 15 и 28, которые демпфируют указанное ударно воздействие. При этом обечайка 40 вместе с верхней несущей плитой 8 и штоком 34 перемещается вниз вдоль направляющих втулок 10 и может выйти из проточки 44. Обратным ходом пружин 15 и 28 несущая плита 8, шток 34, цилиндрическая обечайка 40 и траверса 38 с головкой 39 возвращаются в прежнее положение. При этом в результате горизонтальных силовых взаимодействий с соседними ТВС в активной зоне, а также вследствие сложной геометрии фигурного отверстия 48 траверса 38 с головкой 39 может не попасть в направляющие каналы 47 защитных труб 45. Это может привести к заклиниванию траверсы 38 с поглощающими стержнями 37, что нарушает безопасность ядерного реактора.

При больших скоростях падения траверсы 38 с головкой 39 и поглощающими стержнями 37 во время аварийных сбросов деформация пружин 15 может достигнуть максимальной величины (до смыкания витков). При этом центральная пружина должна обеспечивать деформацию, большую деформации пружин 15 на величину разности между выступанием штока 34 над верхней несущей плитой 8 и аксиальным зазором 33.

Работа ТВС ядерного реактора по п. 2 осуществляется аналогично работе ТВС по п. 1. Отличие заключается в следующем.

При установке блока защитных труб 45 на ТВС ориентацию цилиндрической обечайки 40 в плане обеспечивают путем скольжения шпонки 41 по направляющим поверхностям 50 до попадания ее в шпоночный паз 49 в проточке 44. Если в процессе установки блока защитных труб 45 траверса 41 не попадает в фигурное отверстие 48, то через головку 39 происходит нажатие на шток 34, деформирующий в свою очередь пружину 42. При этом верхняя несущая полита 8 и цилиндрическая обечайка 40 вниз не смещаются, а продолжают входить в проточку 44 блока защитных труб 45. Шпонка 41, скользя по направляющим поверхностям 50, попадает в шпоночный паз 49 и задает правильную ориентацию головке ТВС, что обеспечивает попадание (под действием сжатой пружины 42) траверсы 38 с головкой 39 и поглощающими стержнями 37 в фигурное отверстие 48 и далее в направляющие каналы 47 блока защитных труб 45.

После установки блока защитных труб на головки ТВС 5 и уплотнении главного разъема реактора пружины 15 и 42 получают начальную деформацию. При этом между головкой стяжки 17 и верхней несущей плитой 8 образуется зазор, а центральная пружина 42, нажимая на нижнюю опорную плиту 6, опускает ее вместе с упорной втулкой 29, конической обечайкой 23 и стопорной плитой 22 до упора внутреннего уступа 30 в верхний торец 31 центрального трубчатого канала 32. В результате центральная пружина 42 получает деформацию, меньшую деформации пружин 15 на величину аксиального зазора 43, равного выступанию штока 34 над верхней несущей плитой 8. При аварийном падении траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 головка 39 утапливает сначала шток 34. При этом деформация пружины 42 сравнивается с деформацией пружин 15. Таким образом, обеспечивается равенство конечных деформаций всех пружин 15 и 42 при демпфировании падения траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 и головкой 39. Это дает возможность унифицировать пружины 15 и 42.

При аварийных сбросах траверса 38 с головкой 39 ударяется о верхнюю несущую плиту 8 и с ее помощью деформирует пружины 15 и 42, которые демпфируют указанное ударное воздействие. При этом обечайка 40 вместе с верхней несущей плитой 8 и штоком 34 перемещается вниз вдоль направляющих втулок 10 и может выйти из проточки 44. Обратным ходом пружин 15 и 42 несущкя плита 8, шток 34, цилиндрическая обечайка 40 и траверса 38 с головкой 39 возвращаются в прежнее положение. При этом в результате горизонтальных силовых взаимодействий с соседними ТВС в активной зоне, а также вследствие сложной геометрии фигурного отверстия 48 траверса 38 с головкой 39 может не попасть в направляющие каналы 47 блока защитных труб 45. Это может привести к заклиниванию траверсы 38 с поглощающими стержнями 37, что нарушает безопасность ядерного реактора.

Работа ТВС ядерного реактора по п. 3 осуществляется аналогично работе ТВС по п. 2. Отличие заключается в следующем.

При установке блока защитных труб на головку ТВС и уплотнении ядерного реактора происходит нажим и перемещение вниз цилиндрической обечайки 35, верхней несущей плиты 8 под действием усилия уплотнения ядерного реактора. Этим задается частичная деформация всех пружин 15, 57 и центральной пружины 42. При этом между буртами 12 и верхней несущей плитой 8 образуется аксиальный зазор, а между головками направляющих стяжек 17 и верхней несущей плитой 8 также образуется аксиальный зазор. Усилие, развиваемое пружиной 42, перемещает упорную втулку 29 вниз до упора внутреннего выступа 30 в торец 31 центрального трубчатого канала 32 и соответствующего исчезновения аксиального зазора 33. В этом положении деформация центральной пружины 42 меньше деформации пружин 15 и 57 на величину аксиального зазора 33. Вместе с упорной втулкой 29 указанное перемещение вниз получают нижняя опорная плита 6, коническая обечайка 23 и стопорная плита 22. В результате между шайбами 16, прижатыми пружинами 15 и 57 к выступам 11 направляющих втулок 10, и нижней опорной плитой 6 образуется зазор, равный аксиальному зазору 33.

При аварийном падении траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 головка 39 ударяет по подвижной плите 53, которая в свою очередь деформирует пружины 15 и 42. При этом пружины 57 продолжают удерживать верхнюю несущую плиту 8 в прежнем положении, что обеспечивает прижатие цилиндрической обечайки 40 к блоку защитных труб 45 и исключает выход цилиндрической обечайки 40 из проточки 44. В результате постоянно сохраняется правильная ориентация головки ТВС 5 относительно направляющих каналов 47 блока защитных труб 45. Это обеспечивает попадание траверсы 38 с головкой 39 и поглощающими стержнями 37 в фигурное отверстие 48 и в соответствующие направляющие каналы 47 блока защитных труб 45 при обратном ходе под действием сжатых пружин 15 и 42. Таким образом, исключается вероятность заклинивания траверсы 38 и обеспечивается безопасность ядерного реактора.

Работа ТВС ядерного реактора по п. 4 осуществляется аналогично работе ТВС по п. 1. Отличие заключается в следующем.

При аварийном падении траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 головка 39 ударяет по подвижной плите 53, которая в свою очередь деформирует пружины 15 и 28. При этом пружины 57 продолжают удерживать верхнюю несущую плиту 8 в прежнем положении, что обеспечивает прижатие цилиндрической обечайки 40 к блоку защитных труб 45 и исключает выход цилиндрической обечайки 40 из проточки 44. В результате постоянно сохраняется правильная ориентация головки ТВС 5 относительно направляющих каналов 47 блока защитных труб 45. Это обеспечивает попадание траверсы 38 с головкой 39 и поглощающими стержнями 37 в фигурное отверстие 48 и в соответствующие направляющие каналы 47 блока защитных труб 45 при обратном ходе под действием сжатых пружин 15 и 42. Таким образом, исключается вероятность заклинивания траверсы 38 и обеспечивается безопасность ядерного реактора.

Работа ТВС ядерного реактора по п. 5 осуществляется аналогично работе ТВС по п. 4. Отличие заключается в следующем.

После установки блока защитных труб на головки ТВС 5 и уплотнении главного разъема реактора пружины 15, 57 и 42 получают начальную деформацию. При этом между головкой стяжки 17 и верхней несущей плитой 8 образуется зазор, а центральная пружина 42, нажимая на нижнюю опорную плиту 6, опускает ее вместе с упорной втулкой 29, конической обечайкой 23 и стопорной плитой 22 до упора внутреннего уступа 30 в верхний торец 31 центрального трубчатого канала 32. В результате центральная пружина 42 получает деформацию, меньшую деформации пружин 15 на величину аксиального зазора 43, равного выступанию штока 34 над верхней несущей плитой 8. При аварийном падении траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 головка 39 утапливает сначала шток 34. При этом деформация пружины 42 сравнивается с деформацией пружин 15. Таким образом, обеспечивается равенство конечных деформаций всех пружин 15 и 42 при демпфировании падения траверсы 38 с поглощающими стержнями 37 и головкой 39. Это дает возможность унифицировать пружины 15 и 42.

Таким образом, предлагаемые решения по конструкции ТВС ядерного реактора обладают существенными техническими преимуществами по сравнению с прототипом. Внедрением предлагаемых решений достигается повышение надежности ТВС за счет исключения обнаруженных при анализе конструкции прототипа вероятных причин отказа.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется повышением безопасности ядерного реактора за счет исключения причин вероятных отказов ТВС.

Сущность: сборка содержит пучок тепловыделяющих элементов, установленных вертикально в каркасе из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых каналах. Внутрь трубчатых каналов входят поглощающие стержни, подвешенные на траверсу с головкой. Пучок тепловыделяющих элементов сверху и снизу снабжен хвостовиком и съемной головкой. Съемная головка содержит нижнюю опорную и верхнюю несущую плиты с отверстиями, смонтированные на свободно проходящих через упомянутые отверстия с радиальным зазором направляющих втулках. Направляющие втулки снабжены в нижней части цанговыми захватами, охватывающими своими проточками бурты на трубчатых каналах, и установлены своими внутренними уступами на торцах трубчатых каналов. Головка сборки содержит пружины, установленные соосно направляющим втулкам между верхней несущей плитой и опорными шайбами, опертыми 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. Стопорная плита жестко связана посредством конической обечайки с нижней опорной плитой с отверстиями, охватывающими цанговые захваты в зоне проточек. Цилиндрическая обечайка со шпонками соединена с верхней несущей плитой. По оси тепловыделяющей сборки на нижней опорной плите установлена упорная втулка, снабженная внутренним уступом, расположенным с аксиальным зазором над верхним торцем центрального трубчатого канала. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных вертикально в каркасе из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых каналах, внутрь которых входят поглощающие стержни, подвешенные на траверсе с головкой, а также хвостовик и съемную головку, содержащую нижнюю опорную и верхнюю несущую плиты с отверстиями, смонтированные на проходящих через упомянутые отверстия с радиальным зазором направляющих втулках, снабженных в нижней части цанговыми захватами, установленных своими внутренними уступами на торцах трубчатых каналов и охватывающих проточками цанговых захватов бурты на трубчатых каналах, пружины, установленные соосно направляющим втулкам между верхней несущей плитой и опорными шайбами, опертыми на наружные выступы направляющих втулок, центральную пружину, имеющую больший ход, чем периферийные пружины, частично сжатую между дном гильзы, закрепленной в центре нижней опорной плиты, и штоком, проходящим сквозь отверстие в центре верхней несущей плиты, упирающимся в упомянутую плиту наружным выступом и выступающим своим верхним торцом над верхней несущей плитой, направляющие стяжки, закрепленные в нижней опорной плите и проходящие с радиальным зазором через отверстие в верхней несущей плите, бурты на верхних торцах направляющих втулок, ограничивающие перемещение верхней несущей плиты вверх, стопорную плиту, жестко связанную посредством конической обечайки с нижней опорной плитой с отверстиями, охватывающими цанговые захваты в зоне проточек, цилиндрическую обечайку с шпонками, соединенную с верхней несущей плитой, отличающаяся тем, что по оси тепловыделяющей сборки с упором в дно гильзы установлена упорная втулка, снабженная внутренним уступом, расположенным с аксиальным зазором над верхним торцом центрального трубчатого канала. 2. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что упорная втулка закреплена в центре нижней опорной плиты, между ней и верхней несущей плитой установлена центральная пружина, имеющая ход, равный ходу периферийных пружин, а между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцом центрального трубчатого канала выполнен аксиальный зазор, равный высоте выступания торца штока над верхней несущей плитой. 3. Сборка по п. 2, отличающаяся тем, что в центре верхней несущей плиты выполнено отверстие диаметром, большим диаметра головки траверсы, а между верхними торцами центральной и части периферийных пружин и верхней несущей плитой установлена подвижная плита, имеющая отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие втулки, отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие стяжки, отверстия, сквозь которые свободно проходят по крайней мере три периферийные пружины, которые взаимодействуют своими верхними торцами с верхней несущей плитой. 4. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что между верхними торцами центральной и части периферийных пружин и верхней несущей плитой установлена подвижная плита, имеющая отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие втулки, отверстия, сквозь которые свободно проходят направляющие стяжки, отверстия, сквозь которые свободно проходят по крайней мере три периферийные пружины, которые взаимодействуют своими верхними торцами с верхней несущей плитой, и центральное отверстие, в котором размещен взаимодействующий с центральной пружиной шток, упертый своим наружным выступом в подвижную плиту. 5. Сборка по п. 4, отличающаяся тем, что упорная втулка закреплена в центре нижней опорной плиты, между ней и верхней несущей плитой установлена центральная пружина, имеющая ход, равный ходу периферийных пружин, а между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцом центрального трубчатого канала выполнен аксиальный зазор, равный высоте выступания торца штока над верхней несущей плитой.