СЪЕМНАЯ ГОЛОВКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G21C3/32 

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

Эксплуатационные характеристики и конструктивные особенности тепловыделяющей сборки и, в частности, головок, являются факторами, влияющими на безопасность ядерного реактора. Воздействие теплоносителя на элементы головки тепловыделяющей сборки может привести к их взаимному перемещению, вибрации и разрушению вследствие фреттинг-износа. Очень важно конструктивными мерами исключить вероятность износа и разрушения деталей головки тепловыделяющей сборки.

Известна тепловыделяющая сборка [2] ядерного реактора (прототип), включающая пучок тепловыделяющих элементов (твэлов), установленных вертикально в каркасе, собранном из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых (направляющих) каналах. К выступающим концам трубчатых (направляющих) каналов присоединены концевые части: снизу - хвостовик, а сверху - съемная головка, содержащая верхнюю несущую (прижимную) и нижнюю опорную (переходную) плиты с отверстиями, смонтированные на проходящих через эти отверстия направляющих втулках, имеющих в нижней части цанговые захваты (цанги), охватывающие своими проточками бурты на направляющих каналах. На нижней опорной (переходной) плите могут закрепляться защитные направляющие, отводящие соседнюю тепловыделяющую сборку во время ее загрузки при неточном выходе на координату устройства перегрузки. К этим же защитным направляющим крепится нижняя плита стопорного устройства (блокирующий элемент). Эта нижняя плита имеет отверстия для выхода теплоносителя и служит ограничителем, страхующим возможные перемещения тепловыделяющих элементов, в случае нарушения их крепления. Совместно нижняя опорная (переходная) плита, защитные направляющие и нижняя плита стопорного устройства, жестко связанные между собой, образуют защитно-направляющее устройство. Как вариант исполнения, защитные направляющие могут быть выполнены в виде конической обечайки. Направляющие втулки установлены своими внутренними уступами на верхних торцах направляющих каналов. Головка сборки содержит пружины, установленные соосно направляющим втулкам между верхней несущей (прижимной) плитой и опорными шайбами (опорными элементами), опертыми на наружные выступы направляющих втулок, центральную пружину, частично сжатую между нижней опорной (переходной) плитой и верхней несущей (прижимной) плитой. Направляющие стяжки, закрепленные в нижней опорной (переходной) плите, проходят с радиальным зазором через отверстие в верхней несущей плите. Бурты на верхних торцах направляющих втулок ограничивают перемещение верхней несущей плиты вверх. Стопорная (нижняя) плита (блокирующий элемент) снабжена отверстиями, охватывающими цанговые захваты (цанги) в зоне проточек. По оси тепловыделяющей сборки на нижней опорной плите установлена упорная втулка, снабженная внутренним уступом, расположенным с аксиальным зазором над верхним торцoм центрального трубчатого (направляющего) канала, который обеспечивает компенсацию разности удлинений центрального трубчатого (направляющего) канала с остальными трубчатыми (направляющими) каналами.

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является вероятность фреттинг-износа и разрушения патрубков с прорезями (цанг) взаимодействующей с ними нижней плитой с отверстиями (блокирующим элементом), вибрирующей под действием усилий на нее со стороны потока теплоносителя. В потоке теплоносителя стопорное устройство (блокирующий элемент) может подниматься и опускаться под действием сил, развиваемых центральной пружиной и собственным весом, с одной стороны, и перепадом давления в потоке теплоносителя, с другой стороны. В результате возникают вибрации нижней плиты стопорного устройства (блокирующего элемента) в потоке теплоносителя, вследствие чего возникает ускоренный фреттинг-износ патрубков с прорезями (цанг).

Другим недостатком известной тепловыделяющей сборки является отсутствие технической возможности контроля величины аксиального зазора между внутренним уступом упорной втулки и верхним торцoм центрального трубчатого (направляющего) канала в силу закрытости его упорной втулкой. Упомянутый аксиальный зазор обеспечивает компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных удлинений трубчатых (направляющих) каналов и центральной трубы и потому знание его величины необходимо для установления правильности сборки головки и ее работоспособного состояния.

Целью изобретения является повышение надежности тепловыделяющей сборки и безопасности ядерного реактора.

Задачей изобретения является исключение такого взаимодействия блокирующего элемента и цанг съемной головки тепловыделяющей сборки, которое может привести к фреттинг-износу цанг.

Техническим результатом изобретения является исключение взаимного перемещения элемента блокирования и цанг съемной головки тепловыделяющей сборки в рабочем режиме, вследствие чего исключается возможность фреттинг-износа и разрушения цанг съемной головки тепловыделяющей сборки, а также обеспечение легко контролируемой при внешнем осмотре во время эксплуатации тепловыделяющей сборки компенсации разности радиационных, температурных и деформационных удлинений трубчатых (направляющих) каналов между собой и трубчатым (направляющим) каналом тепловыделяющей сборки, на который опирается защитно-направляющее устройство, при сохранении габаритной длины тепловыделяющей сборки и исключение возможности искривления трубчатых (направляющих) каналов и тепловыделяющей сборки.

Достижение цели изобретения обеспечивается тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит прижимную плиту, направляющие втулки, проходящие через отверстия в прижимной плите, снабженные упорами, установленными над прижимной плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы и запираемыми блокирующими элементами, причем упомянутые направляющие втулки снабжены внешними выступами с установленными на них опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими прижимную плиту к упорам. Новым является то, что опорные элементы жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз, юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг.

При таком устройстве съемной головки исключается взаимное перемещение блокирующего элемента и цанги путем обеспечения постоянного поджимающего усилия на блокирующие элементы со стороны пружин, а также за счет исключения передачи на блокирующий элемент усилий, возникающих в результате взаимодействия теплоносителя с переходной плитой. В результате исключена возможность фреттинг-износа и разрушения цанг.

Достижение цели изобретения обеспечивается также тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит прижимную плиту, защитно-направляющее устройство, распертые по крайней мере одной пружиной и удерживаемые стяжками, по крайней мере один направляющий канал, на который оперто защитно-направляющее устройство, направляющие втулки, проходящие через отверстия соответственно в прижимной плите и в защитно-направляющем устройстве, снабженные упорами, установленными над прижимной плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы и запираемыми блокирующими элементами с установленными на них опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими прижимную плиту к упорам. Новым является то, что опорные элементы жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз, юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг, и снабжены радиальными выступами, выполненными над защитно-направляющим устройством с аксиальными зазорами, величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов.

При таком устройстве съемной головки исключается взаимное перемещение блокирующего элемента и цанги путем обеспечения постоянного поджимающего усилия на блокирующие элементы со стороны пружин, а также за счет исключения передачи на блокирующий элемент усилий, возникающих в результате взаимодействия теплоносителя с защитно-направляющим устройством. В результате исключена возможность фреттинг-износа и разрушения цанг.

Кроме того, такое устройство съемной головки обеспечивает компенсацию разности температурных и радиационных удлинений направляющих каналов между собой, а также обеспечивает возможность контроля аксиальных зазоров, выполняющих указанную компенсацию, при внешнем осмотре во время эксплуатации. Указанная компенсация исключает искривление направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом из-за неравномерных удлинений направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом в процессе эксплуатации.

Достижение цели изобретения обеспечивается также тем, что съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов поглощающих стержней, содержит прижимную плиту, защитно-направляющее устройство, распертые по крайней мере одной пружиной, направляющие втулки, проходящие через отверстия соответственно в прижимной плите и в защитно-направляющем устройстве, снабженные упорами, установленными над прижимной плитой, внутренними уступами, стыкующимися с торцами направляющих каналов, и сцепными элементами, выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы и запираемыми блокирующими элементами, причем упомянутые направляющие втулки снабжены внешними выступами с установленными на них опорными элементами, взаимодействующими с пружинами, поджимающими прижимную плиту к упорам. Новым является то, что опорные элементы жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз, юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг и по крайней мере на одной из них выполнен упор, на который оперто защитно-направляющее устройство, а также снабжены радиальными выступами, выполненными над защитно-направляющим устройством с аксиальными зазорами, величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов.

При таком устройстве съемной головки исключается взаимное перемещение блокирующего элемента и цанги путем обеспечения постоянного поджимающего усилия на блокирующие элементы со стороны пружин, а также за счет исключения передачи на блокирующий элемент усилий, возникающих в результате взаимодействия теплоносителя с защитно-направляющим устройством. В результате исключена возможность фреттинг-износа и разрушения цанг.

Кроме того, такое устройство съемной головки обеспечивает компенсацию разности температурных и радиационных удлинений направляющих каналов между собой, а также обеспечивает возможность контроля аксиальных зазоров, выполняющих указанную компенсацию, при внешнем осмотре во время эксплуатации. Указанная компенсация исключает искривление направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом из-за неравномерных удлинений направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом в процессе эксплуатации.

Такое устройство съемной головки позволяет также упростить конструкцию тепловыделяющей сборки, исключив, по крайней мере, один дополнительный направляющий канал, на который опиралось защитно-направляющее устройство с нижней (стопорной) плитой блокирующего элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг. 1 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги;
фиг. 2 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки с опорой защитно-направляющего устройства на центральную трубу и с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги;
фиг. 3 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки с совмещенными переходной и нижней (стопорной) плитами защитно-направляющего устройства, опирающегося на центральную трубу, в зоне цанг и с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги;
фиг. 4 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки в демонтированном состоянии;
фиг. 5 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги, и с опорой переходной плиты защитно-направляющего устройства на упоры на гильзах;
фиг. 6 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги, и с опорой нижней плиты защитно-направляющего устройства на упоры на гильзах;
фиг. 7 - вертикальный разрез варианта исполнения съемной головки тепловыделяющей сборки с опорными элементами пружин и элементами блокирования, образующими гильзы, охватывающие цанги, и с совмещенными переходной и нижней плитами защитно-направляющего устройства, опирающегося на упоры на гильзах.

Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.1 (фиг.1) закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит прижимную плиту (2). Направляющие втулки (6) проходят через отверстия (7) в прижимной плите (2) и снабжены упорами (9), установленными (например, методом сварки) над прижимной плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (10) стыкуются с торцами направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы в виде цанг (11), которые зацепляются, например за бурты (12) направляющих каналов (1). Цанги (11) могут быть выполнены, например, в виде патрубков с вертикальными прорезями и внутренними кольцевыми проточками. Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (13), на которых установлены опорные элементы (15). Опорные элементы (15) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами. А на опорные элементы (15) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (16), на которые оперта прижимная плита (2). Опорные элементы (15) выполнены жестко соединенными с блокирующими элементами, запирающими цанги (11), и вместе они представляют собой гильзы (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11). Дополнительно на съемной головке может быть установлено защитно-направляющее устройство (3), которое расперто относительно прижимной плиты (2) по крайней мере одной пружиной (4) и удерживается стяжками (5) на расстоянии от прижимной плиты (2), не более заданного. Стяжки (5) могут быть выполнены, например, в виде шпилек, установленных на переходной плите, с гайками над прижимной плитой. Защитно-направляющее устройство (3) может быть выполнено из двух плит -- опорной плиты и нижней плиты (18), жестко соединенных между собой защитными направляющими (22), или одной плиты с закрепленными на ней защитными направляющими (22). Защитные направляющие (22) могут быть выполнены в виде перфорированной конической обечайки или в виде наклонных ребер.

Как вариант исполнения съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.2 (фиг.2, 3, 4) имеет опору защитно-направляющего устройства (3) на по крайней мере один направляющий канал (19), установленный, например, по вертикальной оси тепловыделяющей сборки. Для опирания на направляющий канал (19) защитно-направляющее устройство (3) может иметь закрепленную в центре упорную втулку (18). При этом между радиальными выступами (14) на опорных элементах (15) и одной из плит защитно-направляющего устройства (3) устанавливаются аксиальные зазоры (20).

Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.3 (фиг.5, 6, 7) закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит прижимную плиту (2) и защитно-направляющее устройство (3), между которыми установлена по крайней мере одна пружина (4). Направляющие втулки (6) проходят через отверстия (7) и (8), соответственно, в прижимной плите (2) и в защитно-направляющем устройстве (3) и снабжены упорами (9), установленными (например, методом сварки) над прижимной плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (10) стыкуются с торцами направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы в виде цанг (11), которые зацепляются, например за бурты (12) направляющих каналов (1). Цанги (11) могут быть выполнены, например, в виде патрубков с вертикальными прорезями и внутренними кольцевыми проточками. Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (13), на которых установлены опорные элементы (15). Опорные элементы (15) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами. А на опорные элементы (15) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (16), на которые оперта прижимная плита (2). Опорные элементы (15) выполнены жестко соединенными с блокирующими элементами, запирающими цанги (11), и вместе они представляют собой гильзы (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11). Защитно-направляющее устройство (3) может быть выполнено из двух плит - опорной плиты и нижней плиты (18), жестко соединенных между собой защитными направляющими (22), или одной плиты с закрепленными на ней защитными направляющими (22). Защитные направляющие (22) могут быть выполнены в виде перфорированной конической обе чайки или в виде наклонных ребер. Защитно-направляющее устройство (3) оперто на упор (24), выполненный по крайней мере на одной из гильз (17). При этом между радиальными выступами (14) на опорных элементах (15) и одной из плит защитно-направляющего устройства (3) устанавливаются аксиальные зазоры (20).

Работа съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.1 осуществляется следующим образом.

При транспортировке тепловыделяющая сборка подвешивается с помощью технологического захвата перегрузочной машины за съемную головку. При этом направляющие втулки (6), зацепленные сцепными элементами в виде цанг (11) за бурты (12) на направляющих каналах (1), с помощью упоров (9) подвешиваются на прижимной плите (2). Пружины (16) поджимают сверху через опорные элементы (15) гильзы (17), удерживая их юбки в рабочем положении, в котором они блокируют цанги (11) от расцепления с буртами (12) в верхней части направляющих каналов (1).

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой поджимается внутрикорпусными устройствами ядерного реактора таким образом, что пружины (16) получают дополнительную упругую рабочую деформацию. При этом усилие, удерживающее блокирующие элементы - гильзы (17) - от всплытия, увеличиваются, обеспечивая надежное удержание блокирующих элементов - гильз (17) и направляющих втулок (6) от всплытия в потоке теплоносителя. А пружина (4) и стяжки (5) обеспечивают перемещение защитно-направляющего устройства (3) вниз на величину поджатия съемной головки внутрикорпусными устройствами ядерного реактора.

Теплоноситель поступает в тепловыделяющую сборку снизу и, сняв тепловую энергию с пучка тепловыделяющих элементов (21), выходит через защитно-направляющее устройство (3) съемной головки. При этом на элементах съемной головки, в особенности на защитно-направляющем устройстве (3), создаются выталкивающие усилия от перепада давления на данных элементах. Этим выталкивающим усилиям противодействует по крайней мере только одна пружина (4). Однако при отдельных переходных режимах эксплуатации ядерного реактора в зависимости от расхода теплоносителя соотношение усилия пружины (4) и суммарного выталкивающего усилия на защитно-направляющем устройстве (3) может меняться, в результате чего указанное защитно-направляющее устройство (3) может подвергнуться вибрации. Так как поперечное сечение гильз (17) значительно меньше площади защитно-направляющего устройства (3), то на гильзах (17) реализуются значительно меньшие гидродинамические усилия со стороны теплоносителя. Пружины (16) обеспечивают при этом достаточное усилие для полного отсутствия перемещения гильз (17) относительно цанг (11), чем исключается возможность фреттинг-износа цанг (11).

Для демонтажа съемной головки может быть использовано приспособление, описанное в [1], которое поднимает переходную плиту (3). Поднимаясь, переходная плита (3) упирается в радиальные выступы (14) опорных элементов (15) и перемещает их вместе с гильзами (17) вверх, сжимая при этом пружины (4) и (16). Перемещение гильз (17) переходной плитой (3) осуществляется на высоту, достаточную для освобождения цанг (11) от блокирования. После этого подъемом съемной головки цанги (11) выводятся из зацепления с буртами (12) направляющих каналов (1) и головка может быть снята с тепловыделяющей сборки. Стяжки (5) обеспечивают сохранение целостности съемной головки в демонтированном состоянии, то есть удерживают переходную плиту (3) на съемной головке.

При ослаблении поджатая пружин (4) и (16) указанным приспособлением переходная плита (3), а также опорные элементы (15) с гильзами (17) под действием пружин (4) и (16) перемещаются вниз и блокируют цанги (12) в положении зацепления за бурты (2) направляющих каналов (1).

Работа съемной головки по п.2 осуществляется аналогичным образом, за исключением следующего.

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой поджимается внутрикорпусными устройствами ядерного реактора таким образом, что пружины (4) и (16) получают дополнительную упругую рабочую деформацию. При этом усилие, удерживающее блокирующие элементы - гильзы (17) - от всплытия, увеличиваются, обеспечивая надежное удержание блокирующих элементов - гильз (17) и направляющих втулок (6) от всплытия в потоке теплоносителя. А пружина (4) обеспечивает усиленное прижатие защитно-направляющего устройства (3) через упорный элемент в виде втулки (18) к торцу направляющего канала (19).

Аксиальный зазор (20) между радиальными выступами (14) опорного элемента (15) и защитно-направляющим устройством (3) обеспечивает компенсацию неравномерности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов (1) и (19). Так, если, например, удлинение одного из направляющих каналов (1) в процессе эксплуатации (из-за флуктуации физических свойств конструкционного материала, локального изменения температуры и т.п.) происходит меньше удлинения других направляющих каналов (1) или (19), то величина аксиального зазора (20) уменьшается с сохранением передачи усилия пружины (16) на данный направляющий канал (1), но не достигает нулевого значения, при котором усилие от пружины (16) снимется с данного направляющего канала (1) и передается через защитно-направляющее устройство (3) на направляющий канал (19). В случае же опережающего удлинения данного направляющего канала (1) относительно других направляющих каналов (1) и (19) аксиальный зазор (20) будет просто увеличиваться, не изменяя схему передачи усилий пружин (16) и (4) соответственно на направляющие каналы (1) и (19). Такая независимая компенсация возможных разных по величине удлинений направляющих каналов (1) и (19) не приводит к перегрузке избыточным усилием и изгибам направляющих каналов (1) и тепловыделяющей сборки в целом. Опирание защитно-направляющего устройства (3) через упорную втулку (18) на направляющий канал (19) обеспечивает независимость величины аксиального зазора (20) от степени прижатия прижимной плиты (2) внутрикорпусными устройствами реактора, а также обеспечивает меньшую габаритную длину тепловыделяющей сборки в неподжатом состоянии относительно прототипа.

Защита пучка тепловыделяющих элементов (21) от контакта с загружаемыми в ядерный реактор и отклонившимися от правильного положения соседними тепловыделяющими сборками со съемными головками по п.1 и п.2 может осуществляться путем отвода их закрепленными на переходной плите (3) защитными направляющими (22), которые могут быть выполнены, например, в виде конической обечайки или наклонных ребер.

Работа съемной головки по п.3 осуществляется аналогичным образом, за исключением следующего.

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой поджимается внутрикорпусными устройствами ядерного реактора таким образом, что пружины (4) и (16) получают дополнительную упругую рабочую деформацию. При этом усилие, удерживающее блокирующие элементы - гильзы (17) - от всплытия, увеличиваются, обеспечивая надежное удержание блокирующих элементов - гильз (17) и направляющих втулок (6) от всплытия в потоке теплоносителя. А пружина (4) обеспечивает усиленное прижатие защитно-направляющего устройства (3) к упору (24), выполненному по крайней мере на одной из гильз (17).

Аксиальный зазор (20) между радиальными выступами (14) опорного элемента (15) и защитно-направляющим устройством (3) обеспечивает компенсацию неравномерности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов (1). Так, если, например, удлинение одного из направляющих каналов (1) в процессе эксплуатации (из-за флуктуации физических свойств конструкционного материала, локального изменения температуры и т.п.) происходит меньше удлинения других направляющих каналов (1), то величина аксиального зазора (20) уменьшается с сохранением передачи усилия пружины (16) на данный направляющий канал (1), но не достигает нулевого значения, при котором усилие от пружины (16) снимется с данного направляющего канала (1) и передастся через защитно-направляющее устройство (3) и гильзу (17) с упором (24) на по крайней мере один направляющий канал (1). В случае же опережающего удлинения данного направляющего канала (1) относительно других направляющих каналов (1) и (19) аксиальный зазор (20) будет просто увеличиваться, не изменяя схему передачи усилий пружин (16) и (4) соответственно на направляющие каналы (1) и (19). Такая независимая компенсация возможных разных по величине удлинений направляющих каналов (1) и (19) не приводит к перегрузке избыточным усилием и изгибам направляющих каналов (1) и тепловыделяющей сборки в целом. Опирание защитно-направляющего устройства (3) через гильзу (17) с упором (18) на по крайней мере один направляющий канал (1) обеспечивает независимость величины аксиального зазора (20) от степени прижатия прижимной плиты (2) внутрикорпусными устройствами реактора, а также обеспечивает меньшую габаритную длину тепловыделяющей сборки в неподжатом состоянии относительно прототипа.

Таким образом, предлагаемые решения по устройству съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора обладают существенными отличиями и техническими преимуществами по сравнению с прототипом. Внедрением предлагаемых решений достигается повышение надежности тепловыделяющей сборки за счет исключения вероятности фреттинг-износа ее элементов. Предложенное устройство съемной головки обеспечивает компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов. Указанная компенсация исключает искривление направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом из-за неравномерных удлинений направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом в процессе эксплуатации. Кроме того, обеспечивается возможность контроля величины аксиальных зазоров между радиальными выступами опорных элементов и защитно-направляющим устройством, что важно для обеспечения надежности работы тепловыделяющей сборки.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется повышением безопасности ядерного реактора за счет исключения причин вероятных отказов тепловыделяющей сборки, а также возможностью увеличить загрузку топлива путем замены по крайней мере одного направляющего канала, служившего в прототипе опорой для защитно-направляющего устройства, на дополнительный тепловыделяющий элемент.

Наиболее целесообразно предложенные решения использовать для эксплуатации на водо-водяных ядерных энергетических реакторах.

Источники информации
[1] - Патент РФ 2075118, МКИ G 21 C 3/32.

[2] - Патент РФ 2079171, МКИ G 21 C 3/32, 3/335.

Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит прижимную плиту (2) и защитно-направляющее устройство (3), между которыми установлена по крайней мере одна пружина (4). Направляющие втулки (6) проходят через отверстия (7) и (8) соответственно в прижимной плите (2) и в защитно-направляющем устройстве (3) и снабжены упорами (9), установленными (например, методом сварки) над прижимной плитой (2). Направляющие втулки (6) своими внутренними уступами (10) стыкуются с торцами направляющих каналов (1) и в своей нижней части имеют сцепные элементы (11), выполненные, например, в виде цанг, которые зацепляются, например, за бурты (12) направляющих каналов (1). Направляющие втулки (6) имеют внешние выступы (13), на которых установлены опорные элементы (15). Опорные элементы (15) могут быть выполнены, например, в виде шайб или втулок с фланцами. А на опорные элементы (15) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (16), на которые оперта прижимная плита (2). Опорные элементы (15) выполнены жестко соединенными с блокирующими элементами, запирающими сцепные элементы (11), и вместе они представляют собой гильзы (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями сцепных элементов (11). Защитно-направляющее устройство (3) может быть выполнено из двух плит - опорной плиты и нижней плиты (18), жестко соединенных между собой защитными направляющими (22) или одной плиты с закрепленными на ней защитными направляющими (22). Защитные направляющие (22) могут быть выполнены в виде перфорированной конической обечайки или в виде наклонных ребер. Защитно-направляющее устройство (3) оперто на упор (24), выполненный по крайней мере на одной из гильз (17). При этом между радиальными выступами (14) на опорных элементах (15) и одной из плит защитно-направляющего устройства (3) устанавливаются аксиальные зазоры (20). Использование изобретения повышает надежность тепловыделяющей сборки за счет исключения вероятности фреттинг-износа ее элементов. Предложенное устройство съемной головки обеспечивает компенсацию разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов. Указанная компенсация исключает искривление направляющих каналов тепловыделяющей сборки в целом из-за неравномерных удлинений направляющих каналов и тепловыделяющей сборки в целом в процессе эксплуатации. Кроме того, обеспечивается возможность контроля величины аксиальных зазоров между радиальными выступами опорных элементов и защитно-направляющим устройством, что важно для обеспечения надежности работы тепловыделяющей сборки. 3 с.п. ф-лы, 7 ил.

1. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая прижимную плиту (2), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия в прижимной плите (2), снабженные упорами (9), установленными над прижимной плитой (2), внутренними уступами (10), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (11), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы (1) и запираемыми блокирующими элементами, причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (13) с установленными на них опорными элементами (15), взаимодействующими с пружинами (16), поджимающими прижимную плиту (2) к упорам (9), отличающаяся тем, что опорные элементы (15) жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11). 2. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая прижимную плиту (2), защитно-направляющее устройство (3), распертые, по крайней мере, одной пружиной (4) и удерживаемые стяжками (5), по крайней мере, один направляющий канал (19), на который оперто защитно-направляющее устройство (3), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия, соответственно, в прижимной плите (2) и в защитно-направляющем устройстве (3), снабженные упорами (9), установленными над прижимной плитой (2), внутренними уступами (10), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (11), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы (1) и запираемыми блокирующими элементами, причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (13) с установленными на них опорными элементами (15), взаимодействующими с пружинами (16), поджимающими прижимную плиту (2) к упорам (9), отличающаяся тем, что опорные элементы (15) жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11), и снабжены радиальными выступами (14), выполненными над защитно-направляющим устройством (3) с аксиальными зазорами (20), величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов (1) и (19). 3. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, закрепленная на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней, содержащая прижимную плиту (2), защитно-направляющее устройство (3), распертые, по крайней мере, одной пружиной (4), направляющие втулки (6), проходящие через отверстия, соответственно, в прижимной плите (2) и в защитно-направляющем устройстве (3), снабженные упорами (9), установленными над прижимной плитой (2), внутренними уступами (10), стыкующимися с торцами направляющих каналов (1), и сцепными элементами (11), выполненными, например, в виде цанг, зацепляемыми за упомянутые направляющие каналы (1) и запираемыми блокирующими элементами, причем упомянутые направляющие втулки (6) снабжены внешними выступами (13) с установленными на них опорными элементами (15), взаимодействующими с пружинами (16), поджимающими прижимную плиту (2) к упорам (9), отличающаяся тем, что опорные элементы (15) жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11) и, по крайней мере, на одной из них выполнен упор (24), на который оперто защитно-направляющее устройство (3), а также снабжены радиальными выступами (14), выполненными над защитно-направляющим устройством (3) с аксиальными зазорами (20), величиной не менее максимальной разности температурных, радиационных и деформационных удлинений направляющих каналов (1).