СПОСОБ РЕМОНТА ГРАФИТОВЫХ БЛОКОВ КОЛОНН КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C1/12 

Изобретение относится к ядерной энергетике, касается вопросов эксплуатации ядерных реакторов, в частности, ремонта графитовых блоков колонн канальных ядерных реакторов.

В процессе эксплуатации ядерных реакторов под воздействием радиационно-термических факторов происходит усадка графитовых блоков кладки активной зоны. В результате усадки происходит сокращение диаметров ячеек активной зоны и, соответственно, уменьшение зазоров, минимальное значение которых определяется из условия недопустимости заклинивания технологического канала в ячейке реактора [1]
При снижении величин до минимально допустимых значений производят ремонт графитовых блоков, который заключается в восстановлении их исходных диаметров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ ремонта графитовых блоков колонны канального ядерного реактора [2] который заключается в введении в каналы штанги с режущим инструментом и выполнении режущим инструментом канавок в графитовых блоках на цилиндрической поверхности, причем размер канавок определяют исходя из величин изменения диаметра канала под воздействием радиационно-термических факторов.

Недостатком этого способа является то, что продольные канавки, выполняемые, согласно изобретению, на всех без исключения графитовых блоках, становятся концентраторами напряжений, которые в значительной степени снижают механическую прочность, а следовательно и эксплуатационную надежность работы колонн кладки. Кроме того, данный способ не учитывает фактические изменения формы каждого графитового блока в отдельности, в процессе его работы. Общее количество блоков, имеющих недопустимые изменения формы, не превышает 30-40%
Цель изобретения упрощение способа ремонта, повышение качества работ, снижение затрат на его осуществление.

Сущность предлагаемого способа ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора заключается в том, что в канал колонны вводят штангу с режущим инструментом и выполняют им проточки в блоках, причем проточку выполняют в виде канавки конусообразной формы по периметру стыков смежных блоков, при этом рассчитывают те блоки, которые имеют уменьшение диаметра канала в месте стыка.

На фиг. 1 показана схема колонны кладки активной зоны после длительной работы реактора; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 фрагмент колонны после ремонта по предлагаемому способу; на фиг.3 устройство для реализации предлагаемого способа ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора; на фиг.5 узел II на фиг.4.

На фиг. 1 основными линиями показаны форма и геометрический характер усадки графитовых блоков под воздействием радиационно-термических факторов. Штрих-пунктирными линиями исходные размеры графитовых блоков. Этот фрагмент составлен на основании данных, полученных из опыта эксплуатации и исследований, проводимых на реакторах РБМК Ленинградской АЭС с 1973 по 1991 г.г.

Колонна состоит (фиг.1) из графитовых блоков 1, места их стыков 2 и канала 3 колонны. Технологический канал 4 установлен в канал 3 колонны. В исходном состоянии зазор между технологическим каналом 4 и внутренней поверхностью блоков равен величине δ. В процессе длительной работы реактора под воздействием вышеуказанных факторов усадка графитовых блоков 1 происходит неравномерно по их высоте: в местах стыков 2 графитовых блоков 1 усадка больше, в средней их части меньше. Если принять, что величина зазора в средней части графитового блока 1 d₁, а та же величина в местах стыков 2 графитовых блоков 1 δ₂, то можно записать неравенство δ>δ₁>δ₂. Из вышеизложенного можно сделать выводы:
скорость усадки графита в районах стыка графитовых блоков больше скорости его усадки в средней части графитовых блоков;
продолжительность работы кладки активной зоны реактора определяют зазоры δ в районах стыков графитовых блоков. В исходном состоянии отверстия блоков имеют на торцах радиусные фаски. В составе колонны графитовых блоков они образуют кольцевые полости в канале колонны в местах стыков графитовых блоков. На фиг.1, 2 (узел I) показан элемент кольцевой полости 5 на цилиндрической поверхности канала 3 колонны в месте стыка смежных графитовых блоков 1, сохранившийся после калибровки канала 3 колонны по наиболее близкому аналогу. На фиг. 3 показан фрагмент разреза колонны после ремонта графитовых блоков предлагаемым способом. Учитывая, что скорость усадки графита в районе стыков 2 графитовых блоков 1 больше скорости его усадки в средней части. На цилиндрической поверхности канала 3 колонны в районе стыка смежных графитовых блоков 1 расточены две конусообразные полости 6, симметричные плоскостям стыка 2. Диаметральные размеры каждой из плоскостей конусообразных полостей 6 обратно пропорциональны величинам изменения этих диаметров от усадки по отношению к диаметру усадки канала 3 колонны в средних частях графитовых блоков 1.

Расчет диаметральных размеров каждой конусообразной полости в координатах плоскости среза по высоте канала колонн производится по формуле:
Д_п Д + (Д₁ Д₂),
где Д_п диаметр конусообразной расточки в плоскости среза (фиг.2);
Д диаметр (исходный) канала колонны (фиг.1);
Д₁ диаметр усадки канала колонны в средней части графитовых блоков (фиг. 1);
Д₂ диаметр канала колонны, измеренный в плоскости среза перед калибровкой (фиг.1).

Таким образом, разность Д₁ Д₂ величина опережающей усадки графита в районе стыков графитовых блоков. Из формулы (1) видно, что в средней части графитных блоков, где величина Д₁ Д₂ равна нулю, дополнительная расточка не требуется. Если при измерениях диаметральных размеров канала колонны по его высоте будут установлены факты местных снижений величин диаметра канала колонны по отношению к величине среднего его диаметра, то в местах уменьшения диаметра требуется расточка. Размеры полости расточки обратно пропорциональны величинам опережающей усадки графита и определяются как сумма, где одно из слагаемых исходный диаметр канала колонны, другое - разность между диаметром усадки канала колонны в средней части графитового блока и диаметром опережающей усадки, как правило, в торцах графитового блока. Так как опережающая усадка в торцах графитового блока неравномерна, то вначале определяют координаты плоскости по высоте канала колонны, с которой начинается опережающий рост усадки. Затем измеряют диаметр канала колонны в месте наибольшей его усадки с привязкой измеренного диаметра к координатам по высоте канала колонны и по формуле (1) вычисляют размеры конусообразных полостей. Следует отметить, что обозначенная на фиг.1 неравномерная усадка по высоте графитовых блоков характерна только для графитовых блоков, размещенных в районе центра зоны реактора в условиях интенсивного нейтронного облучения и повышенных температур. Графитовые блоки, работающие на периферии активной зоны реактора, находятся в менее жестких условиях и, как правило, имеют равномерную усадку по высоте и в дополнительных расточках каналов колонн не нуждаются.

Устройство для реализации предлагаемого способа ремонта каналов колонн изображено на фиг.4. Устройство состоит из корпуса 7 расточной головки, штанги 8, зажима 9, винтового домкрата 10, рукояток 11, установленных на опорную стойку 12. В пазах корпуса 7 размещены профильные ножи 13 с толкателями 14. Расчет профиля ножей 13 производится по формуле (1). Во внутренней полости корпуса 7 размещен конусный копир 15, соединенный тягой 16 с осевым пневмотолкателом 17. В торцах корпуса 7 размещены многолепестковые цанги 18. В верхней части штанги 8 предусмотрены две вращающиеся муфты: одна для отсоса графитовой пыли 19, другая для подачи сжатого воздуха 20 к пневмотолкателю 17. Устройство снабжено системой отсоса графитовой пыли и системой поиска стыка между смежными графитовыми блоками, в состав которых входит щуп 21, двуплечий рычаг 22, электромагнитный датчик 23, щеточный механизм съема сигнала поиска, соединенный через усилитель с показывающим прибором (на фиг. 3 не показаны). Устройство снабжено сигнализатором 24 крайних положений профильных ножей 13 и системой отверстий 25, размещенных в проточках корпуса 7 под профильными ножами 13.

Устройство работает следующим образом. С помощью грузоподъемного крана штанга 8 с корпусом 7 расточной головки вводится в канал 3 колонны (фиг.4), где она самоцентрируется торцевыми цангами 18. Опуская устройство в канал 3 колонны, устанавливают его на опорную стойку 12. Поворотом рукоятки зажима 9 освобождают штангу 8 от домкрата 10 и вновь опускают штангу 8 в канал 3 колонны, при этом она перемещается относительно неподвижного домкрата 10 до совмещения риски на штанге 8 с отметкой на домкрате 10 (грубое наведение). Поворотом рукоятки зажима 9 фиксируют штангу 8 в домкрате 10. Вращая рукоятку домкрата 10, медленно перемещают штангу 8 с укрепленным на ней корпусом 7 расточной головки вдоль оси канала 3 колонны. Щуп 21, укрепленный в корпусе 7, при этом скользит по цилиндрической поверхности канала 3 колонны и в момент прохождения кольцевой полости 5 (фиг.1) отклоняется в сторону полости 5, отклоняет рычаг 22 и перемещает сердечник электромагнитного датчика 23. Появившийся при этом сигнал проходит через усилитель на показывающий прибор, установленный на рабочем месте. Включают систему отсоса графитовой пыли, подают сжатый воздух через муфты 20 в пневмотолкатель 17, который, перемещаясь вверх, подтягивает тягу 16 и копир 15, перемещая при этом в радиальном направлении толкатели 14 и профильные ножи 13, которые с натягом упираются в цилиндрическую поверхность канала 3 колонны. Сигнализатор 24 снимает сигнал "Ножи в исходном положении". Сила упора ножей 13 в поверхности канала 3 колонны регулируется давлением сжатого воздуха. С помощью рукояток 11 вращают штангу 8 и вместе с ней корпус 7 расточной головки с профильными ножами 13. Профильные ножи 13, вращаясь, врезаются в цилиндрическую поверхность и рассчитывают на ней полость, профиль который определен профилем профильных ножей 13. Окончание расточки определяется профилем копира 15, о чем информирует сигнализатор 24. Образующаяся графитовая пыль удаляется через систему отверстий 25, внутреннюю полость штанги 8 и муфту 19 в систему отсоса графитовой пыли. По окончании процесса расточки система графитовой пыли отключается, подача сжатого воздуха под поршень пневмотолкателя 17 прекращается, и он возвращается в исходное положение, при этом тяга 16 и копир 15 опускаются, освобождая толкатели 14 и профильные ножи 13, которые под действием, например, пружины возвращаются в исходное положение, о чем информирует сигнализатор 24. Операции по расточке конусообразных полостей в районе стыка графитовых блоков завершены. Аналогично вышеизложенному производят операции по поиску и расточке конических полостей у следующего стыка графитовых блоков.

Предлагаемый способ ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора за счет дополнительной расточки конусообразных полостей на цилиндрической поверхности канала колонны в местах опережающего роста усадки графита позволяет выравнить процесс усадки по всей высоте канала колонны. При этом очередной срок ремонта каналов колонн будет определяться минимальным зазором, равным на всей высоте колонны, что значительно увеличит ресурс работы каналов колонн ядерного реактора.

Использование: в области ядерной энергетики, в частности для ремонта графитовых блоков колонн канальных ядерных реакторов. Сущность изобретения: в канал колонны вводят штангу с режущим инструментом и выполняют им проточки в блоках, причем проточку выполняют в виде канавки конусообразной формы по периметру стыков смежных блоков, при этом растачивают те блоки, которые имеют уменьшение диаметра канала в месте стыка. Данный способ ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора за счет дополнительной расточки конусообразных полостей на цилиндрической поверхности канала колонны в местах опережающего роста усадки графита позволяет выравнить процесс усадки по всей высоте канала колонны. При этом очередной срок ремонта каналов колонн будет определяться минимальным зазором, равным на всей высоте канала колонны, что значительно увеличит ресурс работы каналов колонн ядерного реактора. 5 ил.

Способ ремонта графитовых блоков колонн канального ядерного реактора, включающий введение в канал колонны штанги с режущим инструментом и выполнение им проточек в блоках, отличающийся тем, что проточку выполняют в виде канавки конусообразной формы по периметру стыков смежных блоков, при этом растачивают те блоки, которые имеют уменьшение диаметра канала в месте стыка.