РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГАН УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2002 года по МПК G21C7/10 G21C7/117 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к системам управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов, и касается регулирующих органов уран-графитовых канальных реакторов типа РБМК (реактор большой мощности канальный).

Конструкция органов регулирования зависит от типа реактора, конструкции активной зоны и технологических параметров реактора. Тип реактора характеризует свойства теплоносителя и определяет его воздействие на органы регулирования. Однако невозможно рассматривать тот или иной теплоноситель в отрыве от его рабочих параметров: температуры, давления и фазового состояния. В зависимости от типа реактора каналы, в которых размещают органы регулирования, могут быть сухими или мокрыми, охлаждаемыми или неохлаждаемыми. Конструкция активной зоны определяет форму и основные геометрические размеры органа регулирования.

Известен орган регулирования уран-графитового канального ядерного реактора, используемый на Белоярской АЭС им. И.В. Курчатова (И.Я. Емельянов и др. Конструирование ядерных реакторов, М., Энергоиздат, 1982, с. 199, 200). Известный орган регулирования состоит из двух звеньев, соединенных с помощью шарниров. Каждое звено представляет собой набор втулок из бористого сплава. Втулки из бористого сплава насажены на жаропрочные трубы. Звенья имеют также направляющие ролики, обеспечивающие перемещение стержня внутри сухого вертикального канала с двойными концентрическими тонкими стенками, изготовленными из материала, слабо поглощающего нейтроны.

Выполнение органа регулирования в сухом исполнении приводит к тому, что температура стержней при номинальной мощности составляет 600-650^oС. Прекращение охлаждения канала повышает температуру стержней на 200-250^oС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому устройству является регулирующий орган уран-графитового канального ядерного реактора, содержащий устанавливаемые на подвеске в охлаждаемый канал звенья с поглощающим нейтроны материалом, выполненные с возможностью перемещения вдоль охлаждаемого канала (И. Я. Емельянов и др. Конструирование ядерных реакторов, М. , Энергоиздат, 1982, с. 200, 201). Регулирующий орган перемещается в охлаждаемом канале, пронизывающем графитовую кладку. В охлаждаемом канале циркулирует вода для отвода тепла, выделяющегося в регулирующем органе. Регулирующий орган состоит из пяти последовательно соединенных посредством шарниров звеньев. С первым по ходу движения регулирующего органа звеном телескопически соединен вытеснитель. Последнее по ходу движения регулирующего органа звено соединено с подвеской, которая соединена с гибкой тягой. Каждое звено представляет собой трубу, концы которой заварены герметично. Звенья вытеснителя заполнены графитом. В известном устройстве вытеснитель необходим для вытеснения воды в охлаждаемом канале при полностью извлеченных из активной зоны звеньях с поглощающим нейтроны материалом. Это обусловлено тем, что вода, являясь достаточно сильным поглотителем нейтронов, влияет на нейтронно-физические характеристики реактора, а именно: на эффект реактивности при аварии с обезвоживанием регулирующего органа СУЗ и на эффективность регулирующего органа. Спецификой РБМК является то, что высота канала СУЗ под активной зоной меньше высоты активной зоны. Поэтому длина вытеснителя меньше высоты активной зоны и соединение вытеснителя с поглотителем выполнено телескопическим, т.е. в пределах активной зоны при извлеченных звеньях с поглощающим нейтроны материалом имеются невытесненные столбы воды в канале СУЗ. Для уменьшения этих столбов воды в известном устройстве увеличена длина вытеснителя, что не позволяет обеспечить перекрытие поглотителем всей высоты активной зоны.

Кроме того, при перемещении регулирующего органа имеет место поршневой эффект за счет взаимодействия воды с вытеснителем, что приводит к повышенным нагрузкам как на регулирующий орган, так и на привод и ограничивает их ресурс.

При свободном падении в аварийном режиме скорость свободного падения определяется в основном весом (16 кг) поглотителя в воде и выше скорости вытеснителя, определяемой расходом воды в канале и весом (3 кг) вытеснителя в воде. Это может привести к выбору длины штока телескопического соединения, удару поглотителя о вытеснитель, прослаблению ленточной тяги сервопривода и ее обрыву или заклиниванию. Для исключения подобных ситуаций в режиме аварийной защиты в конце первой половины хода регулирующего органа включают электродинамическое торможение и обеспечивают уменьшение скорости движения поглотителя до скорости движения вытеснителя. Электродинамическое торможение наряду с гидродинамическим торможением являются причиной большой длительности (12-17) с ввода регулирующего органа в активную зону.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание регулирующего органа уран-графитового канального ядерного реактора, обладающего улучшенными характеристиками и впервые реализующего кластерную конструкцию для реактора типа РБМК.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в том, что обеспечивается возможность введения регулирующего органа на всю глубину активной зоны, уменьшается объем воды в канале СУЗ в пределах активной зоны, снижется нагрузка на привод, увеличивается скорость введения регулирующего органа в активную зону в режиме аварийной защиты.

Данные технические результаты достигаются тем, что в регулирующем органе уран-графитового канального ядерного реактора, содержащем устанавливаемые на подвеске в охлаждаемый канал звенья с поглощающим нейтроны материалом, выполненные с возможностью перемещения вдоль охлаждаемого канала, введена гильза, содержащая индивидуальные каналы, расположенные на равноудаленном расстоянии от продольной оси гильзы, в которых расположены звенья с поглощающим нейтроны материалом, причем с подвеской соединено каждое звено с поглощающим нейтроны материалом, а наружный диаметр d гильзы выбран от 0,937 до 0,976D, где D - внутренний диаметр охлаждаемого канала.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что введена гильза, содержащая индивидуальные каналы, расположенные на равноудаленном расстоянии от продольной оси гильзы, в которых расположены звенья с поглощающим нейтроны материалом. При такой конструкции звенья с поглощающим нейтроны материалом расположены параллельно друг другу, а не последовательно, для чего с подвеской соединено каждое звено с поглощающим нейтроны материалом. Если наружный диаметр d гильзы будет менее 0,937D, то общее количество воды в зазоре между охлаждаемым каналом и гильзой будет больше, чем в известной конструкции. При наружном диаметре d гильзы больше 0,976D зазор между гильзой и охлаждаемым каналом становится мал для нормального охлаждения гильзы.

Целесообразно звенья с поглощающим нейтроны материалом выполнить по крайней мере из двух частей, соединенных шарниром, и соединить с подвеской посредством серег.

В качестве поглощающего нейтроны материала может быть использован титанат диспрозия, а гильза может быть выполнена из алюминиевого сплава и заполнена воздухом под атмосферным давлением.

На фиг. 1 изображен общий вид регулирующего органа уран-графитового канального ядерного реактора; на фиг.2 приведено сечение А-А на фиг. 1.

Регулирующий орган уран-графитового канального ядерного реактора содержит устанавливаемые на подвеске 1 в охлаждаемый канал 2 звенья 3 с поглощающим нейтроны материалом. С подвеской 1 посредством, например? серег 4 соединено каждое звено 3 с поглощающим нейтроны материалом. Звенья 3 выполнены с возможностью перемещения вдоль охлаждаемого канала посредством гибкой тяги 5, соединенной с подвеской 1. Гибкая тяга 5 соединена с приводом (не показан). В устройство введена гильза б, содержащая индивидуальные каналы 7, расположенные на равноудаленном расстоянии от продольной оси гильзы. В индивидуальных каналах 7 расположены звенья 3 с поглощающим нейтроны материалом. Наружный диаметр d гильзы выбран от 0,937 до 0,976D, где D - внутренний диаметр охлаждаемого канала. Целесообразно звенья 3 с поглощающим нейтроны материалом выполнять составными по крайней мере из двух частей, соединенных шарниром, что снизит трение при перемещении внутри индивидуальных каналов 7. Звенья 3 содержат оболочку, внутри которой размещен поглощающий нейтроны материал, в качестве которого использован титанат диспрозия. Гильза 6 может быть отлита из алюминиевого сплава с образованием индивидуальных каналов 7. Гильза 6 может быть заполнена воздухом или иным газом при атмосферном давлении. В верхней части гильза 6 закрыта пробкой 8. Для охлаждения звеньев 3 с поглощающим нейтроны материалом в зазор между гильзой 6 охлаждаемым каналом 2 по трубопроводу 9 подают воду.

Функционирует устройство следующим образом.

Гильзу 6, закрытую пробкой 8, устанавливают в охлаждаемый канал 2 вместо штатного органа регулирования. Звенья 3 с поглощающим нейтроны материалом, соединенные посредством серег 4 с подвеской 1, одновременно перемещаются при помощи ленточной тяги 5. Команды на перемещение регулирующего органа формирует вычислительный комплекс с учетом плотности нейтронного потока, всплесков энерговыделения и пр.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к системам управления и защиты ядерных реакторов. Регулирующий орган содержит устанавливаемые на подвеске в охлаждаемый канал звенья с поглощающим нейтроны материалом, выполненные с возможностью перемещения вдоль охлаждаемого канала. В устройство введена гильза, содержащая индивидуальные каналы, расположенные на равноудаленном расстоянии от продольной оси гильзы, в которых расположены звенья с поглощающим нейтроны материалом. С подвеской соединено каждое звено с поглощающим нейтроны материалом, а наружный диаметр d гильзы выбран от 0,937 до 0,976D, где D - внутренний диаметр охлаждаемого канала. Технический результат - обеспечивается возможность введения регулирующего органа на всю глубину активной зоны, снижается нагрузка на привод, увеличивается скорость введения регулирующего органа в активную зону в режиме аварийной защиты, устраняются места скопления гремучей смеси. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулирующий орган уран-графитового канального ядерного реактора, содержащий устанавливаемые на подвеске в охлаждаемый канал звенья с поглощающим нейтроны материалом, выполненные с возможностью перемещения вдоль охлаждаемого канала, отличающийся тем, что введена гильза, содержащая индивидуальные каналы, расположенные на равноудаленном расстоянии от продольной оси гильзы, в которых установлены звенья с поглощающим нейтроны материалом, причем с подвеской соединено каждое звено с поглощающим нейтроны материалом, а наружный диаметр d гильзы выбран от 0,937 до 0,976D, где D - внутренний диаметр охлаждаемого канала. 2. Регулирующий орган по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, одно звено с поглощающим нейтроны материалом выполнено, по крайней мере, из двух частей, соединенных шарниром. 3. Регулирующий орган по п.1 или 2, отличающийся тем, что звенья с поглощающим нейтроны материалом соединены с подвеской посредством серег. 4. Регулирующий орган по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве поглощающего нейтроны материала использован титанат диспрозия. 5. Регулирующий орган по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что гильза выполнена из алюминиевого сплава. 6. Регулирующий орган по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что гильза заполнена воздухом под атмосферным давлением.