ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1998 года по МПК G21C3/32 G21C3/334 

Изобретение относится к тепловыделяющему элементу ядерного реактора с вытянутым в длину кожухом тепловыделяющего элемента, на нижнем конце которого закреплен хвостовик тепловыделяющего элемента, нижним удерживающим телом тепловыделяющего стержня, который внутри вытянутого в длину кожуха тепловыделяющего элемента свободно наложен на хвостовик тепловыделяющего элемента, на котором одним концом установлены содержащие топливо, вытянутые в длину тепловыделяющие стержни и на котором своим нижним концом закреплен выступающий своим верхним концом за тепловыделяющие стержни в кожухе тепловыделяющего элемента стержень, со свободно направляемой в кожухе тепловыделяющего элемента на его верхнем конце опорной плитой, а также головкой тепловыделяющего элемента, которая вставлена в верхний конец кожуха тепловыделяющего элемента и является фиксируемой с защитой от прокручивания в кожухе тепловыделяющего элемента путем поворота вокруг оси продольной оси кожуха тепловыделяющего элемента.

Подобный тепловыделяющий элемент ядерного реактора известен из заявки ФРГ DE-A-4041349. В этом предложенном тепловыделяющем элементе ядерного реактора стержень, выступающий своим верхним концом за тепловыделяющие стержни, является вытянутой в длину трубой, которая жестко привинчена на нижнем конце удерживающего тела тепловыделяющего стержня и которая пронизывает опорную плиту на верхнем конце кожуха тепловыделяющего элемента. Каждый тепловыделяющий стержень свободно просунут своим верхним концом в опорную плиту, а на каждом тепловыделяющем стержне на верхнем конце расположена пружина сжатия, которая одним концом опирается на внутреннюю сторону опорной плиты и другим концом на уступы на внешней поверхности соответствующего тепловыделяющего стержня. Пронизывающая опорную плиту труба может быть инструментальной трубой для размещения термоэлементов и/или для измерения потока нейтронов. Через эту трубу может направляться вытянутая в длину штанга и путем вращения вокруг ее продольной оси свинчиваться с нижним удерживающим телом тепловыделяющего стержня. Эта штанга представляет собой подъемное устройство, которым свободно лежащее на хвостовике тепловыделяющего элемента удерживающее тело тепловыделяющего стержня вместе с трубой, тепловыделяющими стержнями, решетчатыми дистанционирующими элементами, через которые проведены труба и тепловыделяющие стержни, и опорная плита могут извлекаться из кожуха тепловыделяющего элемента. На краю опорной плиты находятся языки, которые выступают в продольном направлении кожуха тепловыделяющего элемента за внешнюю сторону этой опорной плиты и своими верхними концами входят в карманы головки тепловыделяющего элемента, когда она находится в кожухе тепловыделяющего элемента на его верхнем конце в положении стопорения. Для снятия стопорения головки тепловыделяющего элемента через эту головку тепловыделяющего элемента должен вводится инструмент, которым опорная плита сдвигается в продольном направлении кожуха тепловыделяющего элемента в направлении к нижнему удерживающему телу тепловыделяющего стержня и за счет чего наконец устраняется вхождение находящихся на опорной плите языков в карманы на головке тепловыделяющего элемента. Подобный сдвиг в достаточной степени однако может быть невозможным или приводить к повреждениям на тепловыделяющих стержнях, если длина по меньшей мере отдельных тепловыделяющих стержней после известного срока службы тепловыделяющего элемента ядерного реактора в ядерном реакторе слишком увеличена и поэтому винтовые пружины на концах стержней при вдвигании опорной плиты в кожух тепловыделяющего элемента перед выскакиванием языков из карманов на головке тепловыделяющего элемента сжимаются в блок.

Подобное сжимание в блок отдельных винтовых пружин однако может быть исключено путем достаточно большого свободного пространства для этих винтовых пружин. Это однако означало бы, что при заданной длине стержня тепловыделяющих стержней длина тепловыделяющего элемента ядерного реактора должна быть соответственно большой. Соответственно высоким должен быть также напорный резервуар реактора со своими встройками, в котором используется тепловыделяющий элемент ядерного реактора. Это означает относительно высокие затраты.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать предложенный тепловыделяющий элемент ядерного реактора и исключить повреждение тепловыделяющих стержней при повороте головки тепловыделяющего элемента из ее положения стопорения также тогда, когда длина тепловыделяющего элемента ядерного реактора является сравнительно малой.

Для решения этой задачи тепловыделяющий элемент ядерного реактора названного вначале вида отличается согласно изобретения тем, что опорная плита лежит на верхнем конце выступающего за тепловыделяющие стержни стержня и что между головкой тепловыделяющего элемента и опорной плитой расположена амортизационная стойка, которая опирается как на головку тепловыделяющего элемента, так и на опорную плиту.

Наложенная на верхнем конце выступающего за тепловыделяющие стержни стержня опорная плита экранирует тепловыделяющие стержни при повороте головки тепловыделяющего элемента из ее положения стопорения. Одновременно однако расстояние между опорной плитой и тепловыделяющими стержнями может быть выбрано как раз такой величины, которое дает пространство для удлинения тепловыделяющих стержней во время срока службы тепловыделяющего элемента ядерного реактора в ядерном реакторе.

На фиг. 1 - 2 показан тепловыделяющий элемент ядерного реактора, продольное сечение; на фиг. 3 - поперечное сечение II-II на фиг. 2; на фиг. 4 - продольное сечение III-III на фиг. 3.

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора согласно фиг. 1 - 4 содержит хвостовик тепловыделяющего элемента 2, который является основанием тепловыделяющего элемента. Этот хвостовик тепловыделяющего элемента 2 является полым телом из нержавеющей стали, которое имеет на своем верхнем конце внешний контур правильного шестиугольника.

Этим верхним концом хвостовик тепловыделяющего элемента 2 заходит в вытянутый в длину кожух тепловыделяющего элемента 3, который выполнен из сплава циркония. Внутреннее поперечное сечение кожуха тепловыделяющего элемента 3 имеет контур, который также является правильным шестиугольником, так что этот кожух тепловыделяющего элемента 3 на своем нижнем конце плотно прилегает внутренней поверхностью к внешней поверхности хвостовика тепловыделяющего элемента 2 на его верхнем конце. На этом хвостовике тепловыделяющего элемента 2 жестко закреплен радиально направленными болтами 4 кожух тепловыделяющего элемента 3.

Внутри кожуха тепловыделяющего элемента 3 находится плоское, подобное плите нижнее удерживающее тело тепловыделяющего стержня 5 с внешним контуром в виде правильного шестиугольника, который согласован с контуром внутреннего поперечного сечения кожуха тепловыделяющего элемента 3. Это нижнее удерживающее тело тепловыделяющего стержня 5 направляется в кожухе тепловыделяющего элемента 3 под прямым углом к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3 и свободно лежит на хвостовике тепловыделяющего элемента 2.

Нижнее удерживающее тело тепловыделяющего стержня 5 составлено по типу сетки из расположенных рядом друг с другом гильз из нержавеющей стали. Продольные оси этих гильз параллельны к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющих элементов 3. Кроме того внешние стороны этих гильз жестко связаны друг с другом перемычками из нержавеющей стали.

В кожухе тепловыделяющего элемента 3 параллельно к его продольной оси 3а расположены заполненные ядерным топливом тепловыделяющие стержни 8, каждый из которых свободно стоит нижним концом стержня на перемычке нижнего удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5.

В нижнем удерживающем теле тепловыделяющего стержня 5 находятся гильзы 6, одна из которых видна на фиг. 1 - 2, с большим внутренним и внешним диаметром, чем другие гильзы этого удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5. Такая гильза 6 образует выполненное в виде ввода отверстие в нижнем удерживающем теле тепловыделяющего стержня 5. Далее она имеет внутреннюю резьбу. В соответственно семи таких гильзах 6 ввинчена труба 9 из сплава циркония, которая имеет на ввинченном конце трубы соответствующую внутренней резьбе соответствующей гильзы 6 внешнюю резьбу. На этом ввинченном конце труба 9 замкнута глухой гайкой 10, которая ввинчена на обращенной к хвостовику тепловыделяющего элемента 2 внешней стороне нижнего удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5 в соответствующую гильзу 6. Такая глухая гайка 10 входит в полость хвостовика тепловыделяющего элемента 2. Она имеет центральный ввод 11 в продольном направлении кожуха тепловыделяющего элемента 3 для жидкого охлаждающего средства в ядерном реакторе. Кроме того она имеет внутреннюю резьбу. Над внутренней стороной нижнего удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5 находится другой конец трубы одинаково длинных труб 9.

Как тепловыделяющие стержни 8, так и выступающие за тепловыделяющие стержни 8 трубы 9 направляются каждый через ячейку решетчатого дистанционирующего элемента. Эти дистанционирующие элементы имеют внешний контур в форме правильного шестиугольника и согласованы с контуром внутреннего поперечного сечения кожуха тепловыделяющего элемента 3. В ячейках этого дистанционирующего элемента, которые расположены под прямым углом к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3 с зазором относительно друг друга в продольном направлении этого кожуха тепловыделяющего элемента 3, удерживаются с силовым замыканием тепловыделяющие стержни 8 с помощью контактных пружин и жестких контактных выступов. По меньшей мере, одна труба 9 удерживается с защитой от прокручивания с помощью профильного тела в каждом дистанционирующем элементе. Кроме того сами дистанционирующие элементы фиксированы снаружи на, по меньшей мере, одной трубе 9 в продольном направлении кожуха тепловыделяющего элемента 3. Эти дистанционирующие элементы на фиг. 1-2 не представлены.

На верхнем конце кожуха тепловыделяющего элемента 3 внутри этого кожуха тепловыделяющего элемента 3 находится опорная плита 13 из нержавеющей стали, внешний контур которой в форме правильного шестиугольника согласован с контуром внутреннего поперечного сечения кожуха тепловыделяющего элемента 3 и которая подобно свободно наложенному на хвостовик тепловыделяющего элемента 2 нижнему удерживающему телу тепловыделяющего стержня 5 составлена из гильз с осями, параллельными к продольному направлению кожуха тепловыделяющего элемента 3, и перемычек. Эта опорная плита 13 свободно направляется в кожухе тепловыделяющего элемента 3 и расположена под прямым углом к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3. Она свободно лежит на открытых концах труб 9, которые находятся над внутренней стороной нижнего удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5.

На своей обращенной к внутренней стороне удерживающего тела тепловыделяющего стержня 5 внутренней стороне опорная плита 13 содержит центрирующие элементы 14, которые соответственно ввинчены в гильзу опорной плиты 13 и свободно, но преимущественно без зазора входят в открытый верхний конец одной из труб 9. Трубы 9 однако могут также свободно входить в не представленную центрирующую выемку на внутренней стороне опорной плиты 13.

В верхний конец кожуха тепловыделяющего элемента 3 вставлена головка тепловыделяющего элемента 17. Эта головка тепловыделяющего элемента 17 является полым телом, которое на своей обращенной к опорной плите 13 стороне содержит шесть амортизационных стоек 20. Как показывает, в частности, фиг. 4, подобная амортизационная стойка содержит параллельный к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3, расположенный с зазором относительно этой продольной оси 3а штифт 21, который имеет в головке тепловыделяющего элемента 17 продольное отверстие 22, через которое проходит неподвижно удерживаемый в головке тепловыделяющего элемента 17 поперечный штифт 23. Своим находящимся в головке тепловыделяющего элемента 17 концом штифт 21 входит в винтовую пружину 24, которая с параллельной к продольной оси штифта продольной осью расположена внутри отверстия, которое находится в головке тепловыделяющего элемента 17 и является параллельным к продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3. Эта винтовая пружина 24 опирается одним концом на дно этого отверстия, а другим концом на заплечико снаружи на штифте 21. Этот штифт 21 каждой из амортизационных стоек 20 входит своим находящимся вне головки тепловыделяющего элемента 17 концом в стопорящую выемку 25 в обращенной к головке тепловыделяющего элемента 17 внешней стороне опорной плиты 13.

В представленном на фиг. 1-2 положении стопорения головка тепловыделяющего элемента 17 входит каждый раз периферийным ребром 18 на своей внешней боковой поверхности в соответствующий шлиц 19 внутри на кожухе тепловыделяющего элемента 3. Таким образом под действием предварительно нагруженных давлением винтовых пружин 24 амортизационных стоек 20 головка тепловыделяющего элемента 17 является фиксированной в представленном на фиг. 1-2 положении стопорения в кожухе тепловыделяющего элемента 3.

Для извлечения тепловыделяющих стержней из кожуха тепловыделяющего элемента 3 штифты 21 амортизационных стоек 20 вдвигают введенным через полость головки тепловыделяющего элемента 17 инструментом, который захватывает заплечико 21а в боковой поверхности штифтов 21 амортизационных стоек 20, в продольном направлении кожуха тепловыделяющего элемента 3 в направлении к головке тепловыделяющего элемента 17 внутрь в головку тепловыделяющего элемента 17, пока эти штифты 21 не выскочат из стопорящих выемок 25 в опорной плите 13. Затем головка тепловыделяющего элемента 17 может быть повернута из представленного на фиг. 1 - 3 положения стопорения вокруг продольной оси 3а кожуха тепловыделяющего элемента 3 в другое конечное положение, в котором периферийные ребра 18 вывернуты из шлицов 19 и в котором головка тепловыделяющего элемента 17 может быть вытянута из кожуха тепловыделяющего элемента 3. После вытягивания головки тепловыделяющего элемента 17 из кожуха тепловыделяющего элемента 3 вытянутая в длину штанга с имеющим внешнюю резьбу концом может быть введена сквозь центрально расположенную трубу 9 вплоть до накидной гайки 10 и путем поворота вокруг продольной оси штанги может быть свинчена с внутренней резьбой накидной гайки 10. После этого с помощью представляющей подъемное устройство штанги свободно лежащее на хвостовике тепловыделяющего элемента 2 нижнее удерживающее тело тепловыделяющего стержня 5 вместе со всеми трубами 9, тепловыделяющими стержнями 8, не представленными дистанционирующими элементами и опорной плитой 13 могут быть извлечены из кожуха тепловыделяющих элементов 3.

Сущность изобретения: внутри вытянутого в длину кожуха тепловыделяющие стержни 8 стоят одним концом на нижнем удерживающем теле 5, на котором своим нижним концом также закреплен выступающий за тепловыделяющие стержни 8 стержень 9. Направляемая свободно в кожухе тепловыделяющего элемента 3 опорная плита 13 для избежания повреждения тепловыделяющих стержней 8 лежит на верхнем конце стержня 9. Головка 17 тепловыделяющего элемента 17 вставлена на верхнем конце кожуха тепловыделяющего элемента 3 и является фиксируемой от прокручивания за счет поворота вокруг продольной оси кожуха. Расположенная между головкой 17 тепловыделяющего элемента и опорной плитой 13 амортизационная стойка 20 опирается как на головку 17, так и на опорную плиту 13. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора с вытянутым в длину кожухом тепловыделяющего элемента, на нижнем конце которого закреплен хвостовик тепловыделяющего элемента, нижним удерживающим телом тепловыделяющего стержня, который внутри вытянутого в длину кожуха свободно наложен на хвостовик тепловыделяющего элемента, на котором одним концом установлены содержащие топливо вытянутые в длину тепловыделяющие стержни и своим нижним концом закреплен выступающий своим верхним концом за тепловыделяющие стержни в кожухе тепловыделяющего элемента стержень, со свободно направляемой в кожухе тепловыделяющего элемента на его верхнем конце опорной плитой, а также головкой тепловыделяющего элемента, которая вставлена в верхний конец кожуха тепловыделяющего элемента и является фиксируемой с защитой от прокручивания в кожухе тепловыделяющего элемента путем поворота вокруг оси, продольной оси кожуха, отличающийся тем, что опорная плита лежит на верхнем конце выступающего за тепловыделяющие стержни стержня, между головкой тепловыделяющего элемента и опорной плитой расположена амортизационная стойка, которая опирается как на головку тепловыделяющего элемента, так и на опорную плиту. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что амортизационная стойка одним концом закреплена на головке тепловыделяющего элемента, а другим концом свободно входит в стопорящую выемку в опорной плите. 3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что амортизационная стойка расположена с зазором параллельно продольной оси кожуха тепловыделяющего элемента. 4. Элемент по п.1, отличающийся тем, что опорная плита центрирующим телом свободно входит в верхний конец стержня. 5. Элемент по п.1, отличающийся тем, что стержень свободно входит в центрирующую выемку в опорной плите.