ВЕРХНЕЕ ЗАЩИТНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ Российский патент 2002 года по МПК G21C13/73 

Изобретение относится к области атомной техники, в частности к конструкциям верхних защитных перекрытий ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является верхнее защитное перекрытие (ВЗП) ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащее стационарную часть, выполненную с центральным отверстием, в котором с зазором установлена большая поворотная пробка, в пробке имеется отверстие, в нем с зазором установлена малая поворотная пробка в зазорах со стороны активной зоны размещены жидкостные затворы и опорно-поворотные узлы (см. И.Я. Емельянов, В.И. Михан и др. "Конструирование ядерных реакторов", г. Москва, "Энергоиздат", 1982, стр. 144-145, рис.6, 8).

Кроме того, в зазорах размещены эластичные уплотнения, выполненные, например, из синтетического каучука или тефлона. Материалом жидкостных затворов служат сплавы с низкой температурой плавления, например сплав висмута с оловом.

В процессе эксплуатации перед началом перегрузки необходимо обеспечить возможность вращения поворотных пробок, для чего производят следующие операции: осуществляют электронагрев и плавление сплава, находящегося в жидкостных затворах, а затем открытие и удаление из зазоров эластичных уплотнителей. Удаление, а также установка эластичных уплотнителей в верхнем защитном перекрытии связаны с откручиванием или затягом значительного количества нажимных болтов обслуживающим персоналом, который находится под защитным колпаком непосредственно на верхнем защитном перекрытии.

Недостатки известной конструкции заключаются в следующем:
- в процессе проведения перегрузки реактора разблокирование поворотных пробок, сопровождающееся процессом снятия, а после перегрузки с установкой эластичного уплотнения требует больших временных затрат, то есть усложняет процесс перегрузки;
- в течение длительного времени, пока в верхнем защитном перекрытии осуществляют разблокирование поворотных пробок, зазоры в нем находятся под прикрытием только жидкостного затвора, что нежелательно, так как при всплеске давления в активной зоне возможна угроза радиоактивного выброса, это снижает безопасность реактора;
- значительное время, затрачиваемое на снятие и удаление эластичных уплотнений, не позволяет закрывать зазоры при непродолжительных остановках поворотных пробок, что также снижает надежность ядерного реактора;
- длительное нахождение обслуживающего персонала непосредственно на верхнем защитном перекрытии ухудшает условия безопасности труда при работах на верхнем защитном перекрытии ядерного реактора.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности и безопасности ядерного реактора, а также улучшение условий труда обслуживающего персонала.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что позволяет полностью автоматизировать перегрузочный процесс, включая операции по блокированию и разблокированию поворотных пробок, сокращает время пребывания реактора в разгерметизированном состоянии, это улучшает условия работы обслуживающего персонала и сокращает время подготовки поворотных пробок к вращению, что снижает вероятность выброса радиоактивности через верхнее защитное перекрытие и соответственно повышает надежность и безопасность ядерного реактора.

Указанная задача достигается за счет того, что в верхнем защитном перекрытии ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащем стационарную часть, выполненную с отверстием, в котором с зазором установлена большая поворотная пробка, в пробке имеется центральное отверстие, в нем с зазором установлена малая поворотная пробка, в зазорах между стационарной частью и большой поворотной пробкой, а также между большой поворотной пробкой и малой поворотной пробкой со стороны активной зоны размещены жидкостные затворы и опорно-поворотные узлы,
верхнее защитное перекрытие снабжено механизмами уплотнения и взаимодействующими с ними линейными приводами, механизмы уплотнения установлены в зазорах над опорными узлами на кольцевых горизонтальных выступах, которые выполнены на цилиндрических поверхностях стационарной части и поворотных пробках, механизм уплотнения изготовлен в виде кольцевого корпуса Г-образного сечения, содержащего два соосных горизонтальных кольца: верхнего и нижнего, разнесенных по высоте и соединенных шарнирами, которые равномерно распределены по окружности и выполнены в виде стоек с шаровыми опорами на концах, при этом верхнее кольцо установлено с возможностью вращения при взаимодействии с парой приводов, расположенных в стационарной части по касательным к диаметральным точкам центрального отверстия, и соответственно в большой поворотной пробке по касательным к диаметральным точкам к отверстию большой поворотной пробки, причем верхнее кольцо связано с приводами посредством пальцев, проходящих через окна в вертикальной стенке кольцевого корпуса, а нижнее кольцо подвижно закреплено на вертикальной стенке кольцевого корпуса и снабжено эластичным уплотнением, соприкасающимся с кольцевыми горизонтальными выступами;
кроме того, в механизме уплотнения в горизонтальных кольцах имеются посадочные места под шаровые опоры, в которых шаровые опоры закреплены вкладышами, при этом вкладыш верхней шаровой опоры выполнен с вертикальными прорезями, ориентированными в радиальном сечении, а сферическая поверхность верхней шаровой опоры снабжена пальцами, перпендикулярными стойке шарнира и размещенными с технологическим зазором в вертикальных прорезях вкладыша, причем верхняя шаровая опора образует со стойкой резьбовое соединение, а стойка снабжена головкой, которая выполнена под ключ и проходит в верхнем кольце через посадочное место верхней шаровой опоры, при этом в горизонтальной стенке кольцевого корпуса механизма уплотнения над верхними шаровыми опорами выполнены окна;
кроме того, на поверхности верхнего кольца по окружности размещены опорные ролики с горизонтальными радиальными осями, взаимодействующие с горизонтальной стенкой кольцевого корпуса, а на боковой поверхности верхнего кольца установлены центрирующие радиальные ролики, взаимодействующие с горизонтальными пазами, выполненными на вертикальной стенке кольцевого корпуса;
кроме того, в механизме уплотнения по окружности на вертикальной стенке кольцевого корпуса от торца выполнены вертикальные проемы, а в них помещены направляющие ролики, которые установлены на горизонтальных осях, закрепленных на боковой поверхности нижнего кольца, причем ширина вертикального проема соответствует диаметру ролика;
кроме того, механизмы уплотнения снабжены замками, фиксирующими их в одном зазоре на цилиндрической поверхности стационарной части и на цилиндрической поверхности большой поворотной пробки во втором зазоре, при этом замки равномерно распределены по периметру кольцевого корпуса механизма уплотнения в горизонтальной стенке в радиальных сечениях, а соответственно положению замков на цилиндрической поверхности стационарной части и большой поворотной пробке имеются выемки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид сверху ВЗП; на фиг.2 представлен вид продольного сечения по А-А на фиг.1; на фиг.3 представлен фрагмент вертикального радиального сечения по Б-Б на фиг.1 с закрытым зазором между большой и малой поворотными пробками; на фиг.4 - фрагмент продольного сечения по В-В на фиг.3 с закрытым зазором; на фиг.5 - фрагмент продольного сечения по В-В на фиг.3 с открытым зазором; на фиг.6 представлен фрагмент вертикального радиального сечения по Д-Д на фиг.1, на котором показан узел фиксирования механизма уплотнения на большой пробке, а также крепление нижнего кольца на вертикальной стенке механизма уплотнения; на фиг.7 представлен вид по Е-Е на фиг.6; на фиг.8 представлен фрагмент вертикального радиального сечения по Ж-Ж на фиг.1, на котором изображен узел взаимодействия верхнего кольца с горизонтальной стенкой кольцевого корпуса в механизме уплотнения; на фиг. 9 показан вид вкладыша для верхней шаровой опоры;
Верхнее защитное перекрытие ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем содержит стационарную часть 1, выполненную с центральным отверстием, в котором с зазором a₁ установлена большая поворотная пробка 2. В большой поворотной пробке 2 имеется отверстие, а в нем с зазором а₂ установлена малая поворотная пробка 3. В зазорах a₁, а₂ между стационарной частью 1 и большой поворотной пробкой 2, а также между большой поворотной пробкой 2 и малой поворотной пробкой 3 со стороны активной зоны размещены жидкостные уплотнения 4. Материалом жидкостных уплотнений 4 служит сплав висмута с оловом, обладающий низкой температурой плавления. Над жидкостными уплотнениями 4 в зазорах а₁, а₂ установлены опорно-поворотные узлы 5. В зазоре a₁ между стационарной частью 1 и большой поворотной пробкой 2 над опорно-поворотными узлами 5 на одном уровне на цилиндрических поверхностях стационарной части 1 и большой поворотной пробки 2 имеются кольцевые горизонтальные выступы 6, а в зазоре а₂ между поворотными пробками 2 и 3 соответственно на их цилиндрической поверхности выполнены такие же кольцевые горизонтальные выступы 7. В зазорах а₁, а₂ на кольцевых горизонтальных выступах 6 и 7 установлены механизмы уплотнения 8, которые снабжены эластичными уплотнениями 9, перекрывающими зазоры и контактирующими с выступами 6 и 7. Эластичные уплотнения 9 изготовлены из синтетического каучука, Механизм уплотнения 8 выполнен в виде кольцевого корпуса 10 Г-образного сечения, содержащего два соосных горизонтальных кольца: верхнего 11 и нижнего 12, разнесенных по высоте и соединенных шарнирами 13, равномерно распределенными по окружности. Механизм уплотнения 8, размещенный в зазоре а₁, связан с парой линейных приводов 14, которые установлены на стационарной части 1. Оси линейных приводов 14 расположены по касательным к двум диаметральным точкам центрального отверстия. Механизм уплотнения 8, размещенный в зазоре а₂ соединен с парой линейных приводов 15, которые установлены в большой поворотной пробке 2 и расположены по касательным к двум диаметральным точкам отверстия в большой поворотной пробке 2. В механизме уплотнения 8 на вертикальной стенке 16 кольцевого корпуса 10, соответственно положению линейного привода 14, выполнены горизонтальные окна 17, длина которых равна рабочему ходу линейного привода. Через окна 17 проходят пальцы 18, закрепленные в верхнем кольце 11 и шарнирно соединенные со штоком (не показан) линейного привода 14.

Шарниры 13, соединяющие верхнее 11 и нижнее 12 кольцо, состоят из верхних 19 и нижних 20 шаровых опор, соединенных стойками 21. Шаровые опоры 19 и 20 размещены в посадочных местах 22 верхнего и нижнего кольца 11, 12 и закреплены в посадочных местах 22 посредством вкладышей 23 и 24. Вкладыш 23 верхней шаровой опоры 19 выполнен с вертикальными прорезями 25, ориентированными в радиальном сечении, а сферическая поверхность верхней шаровой опоры 19 снабжена пальцами 26, перпендикулярными стойке 21, которые размещены с технологическим зазором в вертикальных прорезях 25 вкладыша 23. Верхняя шаровая опора 19 образует со стойкой 21 резьбовое соединение. Верхний конец стойки 21 снабжен шестигранной головкой 27, которая выполнена под ключ. Головка 27 стойки 21 проходит в верхнем кольце 11 через посадочное место 22 и выходит к горизонтальной стенке 28 кольцевого корпуса 10, в которой над верхней шаровой опорой 19 имеются окна 29, открывающие доступ к головкам 27 стойки 21. В кольцевом корпусе 10 на поверхности верхнего кольца 11 по окружности выполнены вертикальные пазы 30, в которых размещены опорные ролики 31, контактирующие с горизонтальной стенкой 28 кольцевого корпуса 10, Опорные ролики 31 установлены на горизонтальных осях 32, закрепленных в радиальных сечениях. На боковой поверхности верхнего кольца 11 закреплены центрирующие радиальные ролики 33, которые установлены с возможностью взаимодействия с вертикальной стенкой 16 корпуса 10 и размещены на вертикальных осях 34, закрепленных в верхнем кольце 11 в отверстиях, выполненных на его нижней поверхности. В местах контактирования центрирующих радиальных роликов 33 с вертикальной стенкой 16 на ее поверхности имеются горизонтальные пазы 35, фиксирующие положение верхнего кольца 11 в корпусе 10.

В кольцевом корпусе 10 по окружности в вертикальной стенке 16 от торца имеются вертикальные проемы 36, в которых размещены направляющие ролики 37, которые установлены на горизонтальных осях 38 в радиальных сечениях и закреплены в нижнем кольце 12 на его боковой поверхности. Ширина вертикального проема 36 в вертикальной стенке 16 соответствует диаметру направляющего ролика 37, а высота выбрана из условия вертикального перемещения нижнего кольца 12, достаточного для подъема эластичного уплотнения 9 над горизонтальными выступами 6 и 7 в зазорах a₁, a₂. Механизм уплотнения 8, размещенный в зазоре а₂ , закреплен на большой поворотной пробке 2. От торца в горизонтальной стенке 28 кольцевого корпуса 10 выполнены вертикальные выборки 39. В радиальном направлении от выборки 39 в горизонтальной стенке 28 выполнено сквозное отверстие 40, в котором размещен замок 41, для управления которым имеется вращающаяся головка 42, расположенная в выборке 39. Соответственно положению замков 41 на цилиндрической поверхности большой поворотной пробки 2 имеются выемки 43 под замки 41. Соответственно механизм уплотнения 8, размещенный в зазоре a₁, закреплен на стационарной части 1 благодаря взаимодействию замков 41 с выемками 43, выполненными в отверстии стационарной части 1 на ее цилиндрической поверхности.

Предлагаемая конструкция функционирует следующим образом.

Механизм уплотнения 8, размещенный в зазоре a₁, закрепляют на цилиндрической стенке стационарной части 1, для этого через вертикальные выборки 39 в корпусе 10 вращают головку 42 замка 41, замок 41 входит во взаимодействие с выемкой 43 на стенке стационарной части 1. Таким же образом механизм уплотнения 8 в зазоре a₂ закрепляют на цилиндрической стенке большой поворотной пробки 2. Поворотные пробки 2 и 3 имеют значительные габариты (порядка 3-6 м в диаметре), и механизмы уплотнения 8, размещенные в зазорах a₁, а₂ между ними, выполнены в тех же габаритах. При изготовлении механизмов уплотнения 8 могут быть допущены погрешности и потому при их монтаже не всегда обеспечивается равномерность поджатия эластичного уплотнения 9. Кроме того, в процессе эксплуатации в эластичном уплотнении 9 протекают релаксационные процессы, в связи с чем также возникает необходимость регулирования степени поджатия эластичного уплотнения 9 по всему периметру зазоров. Решение этой проблемы осуществляют следующим образом. Механизм уплотнения 8 приводят в положение "закрыто" и через имеющиеся окна 29 на горизонтальной стенке 28 корпуса 10 с помощью ключа вращают стойки 21 вместе с нижними шаровыми опорами 20, при этом верхние шаровые опоры 19 остаются неподвижными, так как их пальцы 26 зафиксированы в вертикальных прорезях 25 вкладышей 23. Вместе со стойкой 21 и нижней шаровой опорой 20 происходит смещение нижнего кольца 12 по вертикали в ту или иную сторону, что позволяет регулировать поджатие эластичного уплотнения 9 к горизонтальным выступам 6 и 7 по всему периметру зазоров а₁, а₂ как при монтажных работах, так и в процессе эксплуатации в случае необходимости.

В процессе работы реактора под действием теплового потока от активной зоны верхнее защитное перекрытие нагревается, при этом температура и давление газовой подушки над активной зоной повышается, газ проникает в зазоры a₁ и a₂. Так как находящийся в жидкостных затворах 4 сплав может быть в твердом или полужидком состоянии, то в случае нарушения его целостности, например при появлении микротрещин, газ проходит выше через опорные узлы 5 и достигает эластичных уплотнений 9, которые прижаты механизмами уплотнения 8 к горизонтальным выступам 6 и 7, что обеспечивает герметичность верхнего защитного перекрытия.

Перед началом перегрузки сплав в жидкостных затворах 4 расплавляют электронагревом, затем включают пару линейных приводов 14, если необходимо разблокировать большую поворотную пробку 2, или пару линейных 15, если необходимо разблокировать малую поворотную пробку 3. От воздействия пары приводов 14 через пальцы 18 верхнее кольцо 11 приходит в движение и, перемещаясь на опорных 31 и центрирующих радиальных роликах 33, начинает поворачиваться вокруг своей оси в кольцевом корпусе 10. Верхние шаровые опоры 19 перемещаются вместе с верхним кольцом 11. Так как нижнее кольцо 12 зафиксировано от горизонтального перемещения, стойки 21 шарниров 13 из вертикального переходят в наклонное положение, что влечет за собой подъем нижнего кольца 12. Наличие технологических зазоров в вертикальных прорезях 25 вкладышей 23 обеспечивает вращательно-колебательные движения верхней шаровой опоры 19 в его посадочном месте 22.

Вместе с нижним кольцом 12 от горизонтальных выступов 6 в зазоре a₁ поднимается и эластичное уплотнение 9. В зазоре а₁ большая поворотная пробка 2 разблокирована, что позволяет далее осуществлять ее вращение на опорно-поворотных узлах 5 и проводить загразочно-перегрузочные работы.

Соответственно для подготовки малой поворотной пробки 3 включают пару линейных приводов 15. При взаимодействии линейных приводов 15 с механизмом уплотнения 8 в зазоре а₂ верхнее кольцо 11 поворачивается, и благодаря шарнирам 13 нижнее кольцо 12 вместе с эластичным уплотнением 9 перемещается вверх. Теперь малая поворотная пробка 3 в зазоре a₂ разблокирована, включают привод (не показан) вращения малой пробки 3. Поворачиваясь на опорно-поворотных узлах 5, малая пробка 3 принимает заданное положение. Затем посредством линейных приводов 15 приводят в действие механизм уплотнения 8. Эластичное уплотнение 9 прижимают к горизонтальным выступам 7, герметизируют зазор а₂, после чего начинают перегрузочные работы. После каждого поворота пробок 2 или 3 механизмами уплотнения 8 зазоры a₁, а₂ перекрывают и перегрузку осуществляют с закрытыми зазорами a₁ и а₂, то есть время разгерметизации зазоров сводится только к моменту вращения пробок 2 или 3.

Таким образом, предлагаемая конструкция ВЗП ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем обеспечивает автоматизацию герметичного уплотнения зазоров, что сокращает время перегрузочных работ, и позволяет исключить нахождение рабочего персонала в рабочем помещении ядерного реактора, а также обеспечивает проведение работ по перегрузке с закрытыми зазорами, все это повышает надежность и безопасность ядерного реактора и улучшает условия труда обслуживающего персонала.

Сущность изобретения: перекрытие ядерного реактора содержит стационарную часть, в которой с зазором установлена большая поворотная пробка, а в ней с зазором установлена малая поворотная пробка. В зазорах имеются жидкостные затворы и опорные узлы. Перекрытие снабжено механизмами уплотнения и взаимодействующими с ними парами линейных приводов. Механизмы уплотнения установлены в зазорах над опорными узлами и снабжены эластичными уплотнениями, герметизирующими зазоры. Технический результат: изобретение позволяет автоматизировать процесс перегрузки, обеспечивает пребывание реактора в разгерметизированном состоянии только в момент вращения поворотных пробок, а также улучшает условия работы обслуживающего персонала. 4 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Верхнее защитное перекрытие ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащее стационарную часть, выполненную с отверстием, в которой с зазором установлена большая поворотная пробка, в пробке имеется центральное отверстие, в нем с зазором установлена малая поворотная пробка, в зазорах со стороны активной зоны размещены жидкостные затворы и опорно-поворотные узлы, отличающееся тем, что верхнее защитное перекрытие снабжено механизмами уплотнения и взаимодействующими с ними линейными приводами, механизмы уплотнения установлены в зазорах над опорными узлами на кольцевых горизонтальных выступах, которые выполнены на цилиндрических поверхностях стационарной части и поворотных пробках, механизм уплотнения изготовлен в виде кольцевого корпуса Г-образного сечения, содержащего два соосных горизонтальных кольца: верхнее и нижнее, разнесенные по высоте и соединенные шарнирами, которые равномерно распределены по окружности и выполнены в виде стоек с шаровыми опорами на концах, при этом верхнее кольцо установлено в кольцевом корпусе с возможностью вращения при взаимодействии с парой приводов, расположенных в стационарной части, по касательным к диаметральным точкам центрального отверстия, и соответственно в большой поворотной пробке по касательным к диаметральным точкам к отверстию большой поворотной пробки, причем верхнее кольцо связано с приводами посредством пальцев, проходящих через окна в вертикальной стенке кольцевого корпуса, а нижнее кольцо подвижно закреплено на вертикальной стенке кольцевого корпуса и снабжено эластичным уплотнением, контактирующим с кольцевыми горизонтальными выступами. 2. Верхнее защитное перекрытие по п. 1, отличающееся тем, что в механизме уплотнения в горизонтальных кольцах имеются посадочные места под шаровые опоры, в которых шаровые опоры закреплены вкладышами, при этом вкладыш верхней шаровой опоры выполнен с вертикальными прорезями, ориентированными в радиальном сечении, а сферическая поверхность верхней шаровой опоры снабжена пальцами, перпендикулярными стойке шарнира и размещенными с технологическим зазором в вертикальных прорезях вкладыша, причем верхняя шаровая опора образует со стойкой резьбовое соединение, а стойка снабжена головкой, которая выполнена под ключ и проходит в верхнем кольце через посадочное место верхней шаровой опоры, при этом в горизонтальной стенке кольцевого корпуса механизма уплотнения над верхними шаровыми опорами выполнены окна. 3. Верхнее защитное перекрытие по п. 1, отличающееся тем, что на поверхности верхнего кольца по окружности размещены опорные ролики с горизонтальными радиальными осями, взаимодействующие с горизонтальной стенкой кольцевого корпуса, а на боковой поверхности верхнего кольца установлены центрирующие радиальные ролики, взаимодействующие с горизонтальными пазами на вертикальной стенке кольцевого корпуса. 4. Верхнее защитное перекрытие по п. 1, отличающееся тем, что в механизме уплотнения по окружности на вертикальной стенке кольцевого корпуса от торца выполнены вертикальные проемы, а в них помещены направляющие ролики, которые установлены на горизонтальных осях, закрепленных на боковой поверхности нижнего кольца, причем ширина вертикального проема соответствует диаметру ролика. 5. Верхнее защитное перекрытие по п. 1, отличающееся тем, что механизмы уплотнения снабжены замками, фиксирующими их в одном зазоре на цилиндрической поверхности стационарной части и на цилиндрической поверхности большой поворотной пробки во втором зазоре, при этом замки равномерно распределены по периметру кольцевого корпуса механизма уплотнения в горизонтальной стенке в радиальных сечениях, а соответственно положению замков в стационарной части и большой поворотной пробке имеются выемки.