ОРГАН РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2006 года по МПК G21C7/10 

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при управлении работой ядерного реактора, например реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения.

В центре внимания новых проектов реакторов стоят вопросы эксплутационных характеристик поглощающих материалов, оболочек, а также конструкций органов регулирования, применяемых в реакторах, с учетом факторов, влияющих на работоспособность и ограничивающих срок службы органов регулирования и тем самым их экономическую жизнеспособность. Геометрическую конфигурацию органов регулирования ядерного реактора, их размеры, количество принимают, исходя из конструкции ядерного реактора, а также механической схемы активной зоны. А именно, существуют технические решения конструкций органов регулирования с различной геометрической конфигурацией: круглого или шестигранного сечения; крестообразного сечения; квадратного сечения, которые включают в себя поглощающие материалы в виде изделий следующих типов: порошковые поглотители; таблеточные поглотители; пластинчатые поглотители. Порошковые и таблеточные поглотители применяются в конструкциях органов регулирования, которые содержат корпус из конструкционного материала, а поглотитель размещен во внутренней полости корпуса. Пластинчатые поглотители, в зависимости от механических свойств материала поглотителя, применяются как в оболочечных конструкциях органов регулирования, так в конструкциях, в которых материал поглотителя непосредственно контактирует с теплоносителем ядерного реактора.

В сборнике статей "Control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives. Proceedings of a Technical Committee meeting held in Vienna, 12-15 October 1998" IAEA-TECDOC-1132, Vienna, February 2000, среди опубликованных описаний органов регулирования ядерного реактора существуют технические решения конструкций для реакторов с водой под давлением и кипящих реакторов. В конструкциях органов регулирования для реакторов с водой под давлением, устанавливаемых на энергоблоках со стандартными топливными решетками 14×14 или 17×17, используются типовые стержни-поглотители большого диаметра. Такие органы регулирования состоят из нескольких поглощающих элементов, верхняя часть которых крепится к центральной ступице или крестовине с помощью разъемного соединения. Все поглощающие элементы содержат оболочку круглого сечения и снабжены концевыми заглушками. Между оболочкой и поглотителем имеется газовый зазор в целях обеспечения радиационного распухания поглотителя. Конструкции органов регулирования кипящих реакторов имеют в сечении крестообразную форму. Четыре плоских поглощающих элемента органа регулирования размещаются между ТВС реактора при эксплуатации. В кипящих реакторах используются органы регулирования четырех типов:

- каждое из 4-х поглощающих элементов содержит несколько трубок, заполненных виброуплотненным порошком поглотителя, загерметизированных заглушками и закрепленных с помощью U-образного кожуха из коррозионно-стойкой стали. Кожухи поглощающих элементов крепятся к центральному стержню с помощью сварки;

- каждое из 4-х поглощающих элементов представляет собой пластины из коррозионно-стойкой стали с просверленными горизонтальными отверстиями, заполненными виброуплотненным порошком поглотителя и загерметизированными заглушками;

- в каждом из 4-х поглощающих элементов с двух сторон закреплены гафниевые пластины. Пластины-поглотители прикреплены к чехлу штифтами из коррозионно-стойкой стали, обеспечивающими также разделение пластин водяным зазором;

- каждое из 4-х поглощающих элементов содержит несколько стержневых поглотителей, собранных с помощью U-образного кожуха из коррозионно-стойкой стали, который закреплен с помощью сварки к центральному стержню. Стержни-поглотители имеют незакрепленный нижний край и подвешены в верхней части поглощающего элемента.

Существующие конструкции органов регулирования, наряду с четким выполнением энергетическими фирмами жестких требований к их безопасной эксплуатации, контролю и замене, постоянно совершенствуются. Вместе с тем, механические процессы (фреттинг и износ), динамические процессы, в частности устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора (ударные нагрузки и вибрации элементов конструкции, создаваемых потоком теплоносителя), механизмы радиационного повреждения (высокая степень ползучести и радиационного роста), недостаточная эффективность охлаждения поглотителя при его нагреве вследствие энерговыделения не позволяют достичь безупречного поведения материалов регулирующих сборок и тем самым влияют на обеспечение надежности работы и ресурса реактора. Более того, далеко не идеальное поведение ограничивает срок службы материалов, используемых в системах регулирования реакторов, приводя к экономическим потерям, что является сильной мотивацией для создания более надежных материалов и конструкций, позволяющих приблизиться к идеальному сроку службы и надежной работы органов регулирования, который должен зависеть только от нейтронно-физических характеристик выбранного поглотителя. Для ядерных реакторов с топливными сборками квадратного сечения, в зависимости от механической схемы активной зоны, принципа действия приводного механизма, принципа соединения органа регулирования с транспортным механизмом наиболее эффективными вариантами конструкций органов регулирования являются конструкции, имеющие в сечении крестообразную форму или форму квадратного сечения. При использовании в ядерных реакторах органов регулирования квадратного сечения наиболее целесообразным принципом их соединения с транспортным механизмом и с приводным механизмом или с топливной сборкой является принцип вращения одного относительно другого с приложением крутящего момента, относительно продольной оси и фиксацией положения.

Для повышения надежности работы и увеличения ресурса эксплуатации органа регулирования конструкция органа регулирования ядерного реактора должна удовлетворять взаимно противоречивым требованиям:

- для того чтобы повысить эффективность охлаждения поглощающих элементов, конструкция органа регулирования должна иметь вырезы в корпусе для обеспечения контакта поверхностей поглощающих элементов и теплоносителя. Для того чтобы воспринимать крутящий момент, корпус органа регулирования не должен иметь вырезов;

- для того чтобы обеспечить устойчивый режим работы органа регулирования реактора без вибраций, пластических деформаций и износа, поглощающий элемент должен быть жестко закреплен относительно корпуса. Для того чтобы обеспечить линейное удлинение поглощающего элемента вследствие температурного расширения и радиационного роста поглотителя в процессе эксплуатации, поглощающий элемент не должен быть жестко закреплен относительно корпуса;

- для обеспечения равномерного распределения температуры в поглотителе должна быть увеличена скорость теплоносителя. Скорость теплоносителя определяется конструкцией реактора, и воздействовать на увеличение скорости теплоносителя в данном случае невозможно.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является орган регулирования ядерного реактора, патент РФ №2187850, кл. 7 G 21 C 7/10, опубликованный 20.08.2002 Бюл. №23.

Это устройство выполнено в виде двух частей - поглощающей и несущей, поглощающая часть выполнена в виде открытого сверху каркаса квадратного или шестигранного сечения, состоящего из внутренней и внешней оболочек с окнами, соединенных между собой и снабженных полочками внизу, в который между оболочками размещают поглощающие элементы, а несущая часть выполнена в виде нижней и верхней траверс, размещенных на центральной несущей штанге таким образом, что одна из них жестко закреплена на штанге, а другая закрепляется на ней с помощью разъемного соединения, а поглощающая часть фиксируется между ними и относительно центральной несущей штанги.

Устройство позволяет обеспечивать регулирование и поддержание заданного уровня мощности работы реактора с водяным охлаждением и топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения.

В описанном устройстве каркас с помещенными в него поглощающими элементами, как единая конструкция, размещается на несущей конструкции, содержащей поддерживающую каркас нижнюю траверсу, ограничивающую перемещение каркаса и содержащихся в нем поглощающих элементов, верхнюю траверсу и центральную несущую штангу. Траверсы снабжены окнами для протока теплоносителя через внутреннюю полость органа регулирования, образованную внутренней оболочкой каркаса с поглощающими элементами. Одна из траверс жестко фиксируется на центральной штанге, а другая имеет возможность надеваться и сниматься с нее и фиксируется с помощью штифта или другим известным способом, обеспечивающим сборку-разборку устройства. В этой конструкции поглощающие элементы не связаны жестко с элементами конструкции органа регулирования и между собой. Конструкция может быть изготовлена разборной и позволяет снимать каркас с поглощающими элементами, производить его ремонт или замену, заменять или переставлять поглощающие элементы.

Недостатками прототипа являются:

1. Область использования ограничена малой жесткостью конструкции каркаса поглощающей части, непозволяющей использовать ее в реакторах, в которых применяется способ соединения с транспортным механизмом и с приводным механизмом или с топливной сборкой путем вращения с приложением крутящего момента, относительно продольной оси и фиксацией положения.

2. Низкая надежность работы при эксплуатации вследствие:

- наличия остаточных напряжений в каркасе поглощающей части, которые впоследствии, в результате релаксации напряжений, приведут к деформации конструкции и, следовательно, к изменениям допустимых геометрических параметров формы и расположения поверхностей органа регулирования;

- конструкция каркаса не обладает способностью легко поддаваться механической обработке до точно заданных геометрических параметров формы и расположения поверхностей органа регулирования.

- возможных пластических деформаций поглощающих элементов от неравномерного распределения температуры в них.

3. Ресурс ограничен вследствие:

- пластических деформаций поглощающих элементов, износа сопрягаемых с каркасом поверхностей поглощающих элементов, попаданием частиц поглотителя в теплоноситель реактора от ударных нагрузок и вибрации поглощающих элементов под воздействием потока теплоносителя и перемещения органа регулирования в канале реактора;

- возможного кипения теплоносителя реактора, контактирующего с поглощающим элементом в зазорах между участками каркаса поглощающей части и поглощающим элементом;

- низкой эффективности охлаждения поглощающих элементов и возможности кипения теплоносителя реактора, контактирующего с поглощающим элементом в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора.

4. Неустойчивый режим регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора при возможном перемещении поглощающего элемента относительно каркаса поглощающей части в осевом направлении в зазоре, между каркасом поглощающей части и поглощающим элементом, предназначенным для обеспечения удлинения поглощающего элемента, вследствие радиационного роста, а следовательно, изменение степени реактивности при работе реактора, что вызывает включение привода перемещения стержня до восстановления заданной степени реактивности.

Указанные недостатки обусловлены:

- конструкцией каркаса поглощающей части, состоящей из внутренней и внешней оболочек с окнами, которые не обладают достаточной жесткостью под воздействием нагрузки от крутящего момента, относительно продольной оси, а также выполнение которых возможно из листового материала путем либо гибки, либо штамповки, либо сварки с последующим закреплением между собой, то есть затрудняющей изготовление органа регулирования с точно заданными геометрическими параметрами формы и расположения поверхностей органа регулирования;

- отсутствием фиксации поглощающих элементов, размещенных между внутренней и внешней оболочками каркаса поглощающей части;

- наличием зазоров между участками оболочек каркаса поглощающей части и поглощающим элементом;

- конструкцией каркаса поглощающей части, выполненной в виде открытого сверху каркаса квадратного или шестигранного сечения, в котором вдоль всей поверхности поглощающего элемента движется ламинарный поток теплоносителя реактора, имеющий пограничный слой, обладающий низкой скоростью движения, а значит, низкой эффективностью охлаждения.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора, а также повысить надежность работы и увеличить ресурс эксплуатации органа регулирования при расширении области использования.

Поставленная цель достигается тем, что орган регулирования ядерного реактора включает центральную штангу, поглощающие элементы, верхний и нижний наконечники. Причем центральная штанга представляет собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с наконечниками. Поглощающие элементы выполнены в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника, при этом пластины расположены с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги. На боковых сторонах верхнего наконечника выполнены пазы, грани которых расположены параллельно продольной оси и являются направляющими поверхностями для перемещения планок, неподвижно закрепленных к верхней части поглощающих элементов. Также в наконечниках выполнены сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами. Кроме того, по крайней мере, в одном поперечном сечении органа регулирования ядерного реактора установлены опорные кронштейны, которые закреплены к поглощающим элементам неподвижно, а к опорным кронштейнам смежных поглощающих элементов - с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси. В верхней торцевой части верхнего наконечника с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому с зазором установлены торцы поглощающих элементов. В нижней торцевой части нижнего наконечника с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому в упор установлены торцы поглощающих элементов. Упругие стыковочные фиксаторы закреплены к нижнему наконечнику, направляющие стыковочные штыри закреплены к нижнему торцу нижнего наконечника, а в кольцевом буртике верхнего наконечника имеются стыковочные отверстия и пазы. Термины "верхний" и "нижний" наконечники выбраны условно, определяются положением органа регулирования в ядерном реакторе.

Наличие центральной штанги, представляющей собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с наконечниками, позволяет разделить поток теплоносителя, проходящий через орган регулирования ядерного реактора, на два потока, обладающие разными параметрами скорости и температуры: со стороны внутренней поверхности центральной штанги и со стороны внешней ее поверхности, и направить их в нижний наконечник для соединения этих потоков с выравниванием скорости и понижением температуры теплоносителя, контактирующего с поглощающими элементами, при этом повышается эффективность охлаждения поглощающих элементов в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора. Также позволяет использовать орган регулирования в реакторах, в которых применяется способ соединения с перегрузочным оборудованием и с приводным механизмом или с топливной сборкой путем вращения с приложением крутящего момента, относительно продольной оси; легко поддается механической обработке до точно заданных геометрических параметров формы и расположения поверхностей органа регулирования; позволяет избежать остаточных напряжений в конструкции.

Наличие поглощающих элементов, выполненных в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника, а верхние края посредством планки подвижно закреплены к верхнему наконечнику, и расположенных с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги, позволяет увеличить эффективность теплоотдачи теплоносителю от поверхности поглощающих элементов, а также эксплуатировать орган регулирования без ударных нагрузок и вибрации поглощающих элементов под воздействием потока теплоносителя и перемещения органа регулирования в канале реактора; выровнить распределение температуры в поглощающих элементах; повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора.

Наличие верхнего наконечника, имеющего на боковых сторонах пазы, грани которых являются направляющими поверхностями, расположенные параллельно продольной оси, а также сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами, и содержащего в верхней торцевой части с внешней стороны кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому с зазором установлены торцы поглощающих элементов, позволяет распределить поток теплоносителя, входящий в осевое отверстие органа регулирования ядерного реактора, на два потока, обладающие разными параметрами скорости и температуры и направить их со стороны внутренней поверхности центральной штанги и со стороны внешней ее поверхности для повышения эффективности охлаждения поглощающих элементов в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора. Также позволяет закрепить верхние части поглощающих элементов с возможностью продольного перемещения для обеспечения удлинения неподвижно закрепленных поглощающих элементов вследствие радиационного роста. Кроме этого, такая конструкция легко поддается механической обработке до точно заданных геометрических параметров формы и расположения поверхностей органа регулирования, а также позволяет избежать остаточных напряжений в конструкции.

Наличие нижнего наконечника с опорными поверхностями для неподвижного крепления поглощающих элементов и сквозными осевыми и поперечными отверстиями, образующими зазоры с поглощающими элементами, и содержащего в нижней торцевой части с внешней стороны кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому в упор установлены торцы поглощающих элементов, позволяет соединить два потока теплоносителя, обладающие разными параметрами скорости и температуры, направленных со стороны внутренней поверхности центральной штанги и со стороны внешней ее поверхности, и тем самым выровнять скорости и понизить температуру теплоносителя, контактирующего с поглощающими элементами, при этом повысить эффективность охлаждения поглощающих элементов в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора. Также позволяет неподвижно закрепить нижние части поглощающих элементов. Кроме этого, такая конструкция легко поддается механической обработке до точно заданных геометрических параметров формы и расположения поверхностей органа регулирования, а также позволяет избежать остаточных напряжений в конструкции.

Наличие направляющих планок, которые закреплены к верхней части поглощающих элементов неподвижно, а к верхнему наконечнику - с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси поглощающих элементов, позволяет обеспечивать перемещение верхней части поглощающих элементов в связи с удлинением поглощающего элемента от радиационного воздействия.

Наличие опорных кронштейнов, каждый из которых закреплен к поглощающему элементу неподвижно, а к опорным кронштейнам смежных поглощающих элементов - с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси поглощающих элементов, позволяет повысить величину собственных резонансных частот поглощающих элементов и тем самым исключить возможность возникновения вибрации поглощающих элементов под воздействием потока теплоносителя и перемещения органа регулирования в канале реактора.

Наличие упругих стыковочных фиксаторов, которые закреплены к нижнему наконечнику, позволяет использовать орган регулирования в реакторах, в которых применяется способ соединения с приводным механизмом или с топливной сборкой путем вращения с приложением крутящего момента относительно продольной оси и фиксации положения.

Наличие направляющих стыковочных штырей, которые закреплены к торцу нижнего наконечника, позволяет использовать орган регулирования в реакторах, в которых применяется способ соединения с приводным механизмом или с топливной сборкой путем вращения с приложением крутящего момента относительно продольной оси.

Наличие стыковочных отверстий и пазов, которые расположены в кольцевом буртике верхнего наконечника, позволяет использовать орган регулирования в реакторах, в которых применяется способ соединения с перегрузочным оборудованием путем вращения с приложением крутящего момента относительно продольной оси.

Предложенная конструкция позволяет повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора, а также повысить надежность работы и увеличить ресурс эксплуатации органа регулирования, расширить область использования.

Новыми существенными признаками являются форма исполнения узлов и деталей устройства и их взаимное расположение:

- центральная штанга представляет собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с наконечниками;

- поглощающие элементы выполнены в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника и расположены с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги;

- верхний наконечник содержит сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами, а на боковых сторонах выполнены пазы, грани которых являются направляющими поверхностями, расположенными параллельно продольной оси, а также в верхней торцевой части с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому с зазором установлены торцы поглощающих элементов;

- нижний наконечник содержит опорные поверхности для неподвижного крепления поглощающих элементов и сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами, а также в нижней торцевой части с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому в упор установлены торцы поглощающих элементов;

- направляющие планки, которые закреплены к верхней части поглощающих элементов неподвижно, а к верхнему наконечнику - с возможностью перемещения вдоль направляющих поверхностей;

- опорные кронштейны, каждый из которых закреплен к поглощающему элементу неподвижно, а к опорным кронштейнам смежных поглощающих элементов - с возможностью перемещения только в направлении параллельном продольной оси;

- упругие стыковочные фиксаторы, которые закреплены к нижнему наконечнику;

- направляющие стыковочные штыри, которые закреплены к нижнему торцу нижнего наконечника;

- стыковочные отверстия и пазы, которые расположены в кольцевом буртике верхнего наконечника.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает новизной.

Новые существенные признаки заявляемого решения в научной и технической литературе не обнаружены, предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

На чертеже изображена конструкция органа регулирования ядерного реактора. Фронтально-расположенные поглощающие элементы и опорные кронштейны условно не показаны.

Орган регулирования ядерного реактора содержит центральную штангу 1, поглощающие элементы 2, верхний наконечник 3, нижний наконечник 4. Причем центральная штанга 1 представляет собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с верхним наконечником 3 и с нижним наконечником 4. Поглощающие элементы 2 выполнены в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника 4 и расположены с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги 1. Верхние края поглощающих элементов 2 неподвижно закреплены к направляющим планкам 5, которые крепятся в пазах верхнего наконечника 3 с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси. Также к поглощающим элементам 2 неподвижно закреплены опорные кронштейны 6, каждый из которых крепится к опорным кронштейнам 6 смежных поглощающих элементов 2 с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси. Верхний наконечник 3 содержит сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами 2, а на боковых сторонах выполнены пазы, грани которых являются направляющими поверхностями, расположенные параллельно продольной оси. Кроме того, в верхней торцевой части с внешней стороны имеется кольцевой буртик 7 с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому с зазором установлены торцы поглощающих элементов 2. Нижний наконечник 4 содержит опорные поверхности для неподвижного крепления поглощающих элементов 2 и сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами 2. Также в нижней торцевой части с внешней стороны имеется кольцевой буртик 8 с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому в упор установлены торцы поглощающих элементов 2. Кроме того, орган регулирования ядерного реактора может содержать упругие стыковочные фиксаторы 9, которые неподвижно закреплены к нижнему наконечнику 4, а к его нижнему торцу могут быть закреплены направляющие стыковочные штыри 10. Кроме этого, в кольцевом буртике 7 верхнего наконечника 3 могут быть выполнены стыковочные отверстия и пазы для крепления и монтажа в реакторе органа регулирования.

Орган регулирования ядерного реактора работает следующим образом. Загрузка в направляющий канал реактора органа регулирования и соединение с приводным механизмом или с топливной сборкой производится транспортным механизмом путем вращения с приложением крутящего момента, относительно продольной оси и фиксацией положения. Причем соединение и фиксация положения с приводным механизмом или с топливной сборкой обеспечивается с помощью направляющих стыковочных штырей 10 и упругих стыковочных фиксаторов 9, закрепленных к нижнему наконечнику 4. Соединение с транспортным механизмом обеспечивается с помощью стыковочных отверстий и пазов в кольцевом буртике 7 верхнего наконечника 3. В рабочем положении органа регулирования поглощающие элементы 2 поглощают нейтроны, тем самым воздействуют на распределение нейтронного потока активной зоны. При работе реактора в поглощающих элементах 2 происходит выделение тепла. Выделение тепла по длине поглощающих элементов 2 увеличивается к краю, расположенному в активной зоне реактора. Охлаждение поглощающих элементов 2 производится потоком теплоносителя в направляющем канале реактора. Поток теплоносителя при входе в верхний наконечник 3 разделяется, образуя внешний кольцевой поток, заключенный между поверхностью направляющего канала и наружной поверхностью поглощающих элементов 2. Другой поток, в нижней части верхнего наконечника 3, через сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами 2, разделяется на два потока: центральный, заключенный в осевом отверстии центральной штанги 1, и внутренний кольцевой, заключенный между внутренней поверхностью поглощающих элементов 2 и наружной поверхностью центральной штанги 1. Съем тепла от наружной поверхности поглощающих элементов 2 производится внешним кольцевым потоком теплоносителя. Съем тепла от внутренней поверхности поглощающих элементов 2 производится внутренним кольцевым потоком теплоносителя. В верхней части нижнего наконечника 4, через сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами 2, происходит соединение и активное перемешивание двух потоков теплоносителя внутреннего кольцевого и центрального, обладающих разными параметрами скорости и температуры. И тем самым происходит выравнивание скорости и понижение температуры теплоносителя, контактирующего с поглощающими элементами 2, при этом повышается эффективность охлаждения поглощающих элементов 2 в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора. Конструкция крепления поглощающих элементов 2 в органе регулирования ядерного реактора обеспечивает удлинение поглощающих элементов 2 вследствие радиационного роста материала поглотителя в процессе эксплуатации органа регулирования. Так как нижняя сторона поглощающего элемента 2 неподвижно закреплена к нижнему наконечнику 4, а к верхней стороне поглощающего элемента 2 неподвижно крепится направляющая планка 5, содержащая с двух сторон шлицы, которые обеспечивают ее перемещение в направляющих поверхностях паза верхнего наконечника 3 только в продольном направлении и ограничивают перемещение в поперечных направлениях, то при увеличении линейных размеров поглощающего элемента 2 направляющая планка 5 перемещается в продольном направлении, относительно направляющих поверхностей паза верхнего наконечника 3. Кроме того, по крайней мере, в одном поперечном сечении органа регулирования ядерного реактора к поглощающим элементам 2 неподвижно закреплены опорные кронштейны 6, которые соединены с опорными кронштейнами 6 смежных поглощающих элементов 2 с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси. При этом взаимное расположение опорных кронштейнов 6 обеспечивает перемещение поглощающих элементов 2 только в направлении продольной оси и ограничивает перемещение во всех других направлениях. Такая конструкция обеспечивает устойчивый режим регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора, а также исключает возникновение вибрации в поглощающих элементах 2 и действие ударных нагрузок на поглощающие элементы 2 под воздействием потока теплоносителя и перемещения органа регулирования в канале реактора.

Орган регулирования ядерного реактора позволяет повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора. Кроме этого, позволяет использовать его в реакторах, в которых применяется способ соединения с транспортным механизмом и с приводным механизмом или с топливной сборкой путем вращения с приложением крутящего момента, относительно продольной оси и фиксации положения. Также позволяет повысить эффективность охлаждения поглощающих элементов в области края, где происходит максимальное энерговыделение, который расположен в активной зоне в процессе эксплуатации органа регулирования при управлении мощностью работы реактора. То есть, позволяет расширить область использования и повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора, а также повысить надежность работы и увеличить ресурс эксплуатации.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при управлении работой ядерного реактора, например реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения. Изобретение позволяет повысить устойчивость режима регулирования и поддержания заданного уровня мощности реактора, а также повысить надежность работы и увеличить ресурс эксплуатации органа регулирования при расширении области использования. Орган регулирования ядерного реактора содержит центральную штангу, поглощающие элементы, верхний и нижний наконечники. Центральная штанга представляет собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с наконечниками. Поглощающие элементы выполнены в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника, при этом пластины расположены с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги. На боковых сторонах верхнего наконечника выполнены пазы, грани которых расположены параллельно продольной оси и являются направляющими поверхностями для перемещения планок, неподвижно закрепленных в верхней части поглощающих элементов. В наконечниках выполнены сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами. Кроме того, к поглощающим элементам дополнительно закреплены опорные кронштейны, а наконечники снабжены стыковочными элементами. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Орган регулирования ядерного реактора, включающий центральную штангу, поглощающие элементы, верхний и нижний наконечники, причем центральная штанга представляет собой стержень со сквозным осевым отверстием, концы которого неподвижно соединены с наконечниками, поглощающие элементы выполнены в виде пластин из поглощающего материала, нижние края которых неподвижно закреплены на опорных поверхностях нижнего наконечника, при этом пластины расположены с зазором к внешней боковой поверхности центральной штанги, а на боковых сторонах верхнего наконечника выполнены пазы, грани которых расположены параллельно продольной оси и являются направляющими поверхностями для перемещения планок, неподвижно закрепленных к верхней части поглощающих элементов, кроме того, в наконечниках выполнены сквозные осевые и поперечные отверстия, образующие зазоры с поглощающими элементами.2. Орган регулирования ядерного реактора по п.1, характеризующийся тем, что, по крайней мере, в одном поперечном сечении дополнительно содержит опорные кронштейны, которые закреплены к поглощающим элементам неподвижно, а к опорным кронштейнам смежных поглощающих элементов с возможностью перемещения только в направлении, параллельном продольной оси.3. Орган регулирования ядерного реактора по п.1, характеризующийся тем, что в верхней торцевой части верхнего наконечника с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому с зазором установлены торцы поглощающих элементов.4. Орган регулирования ядерного реактора по п.1, характеризующийся тем, что в нижней торцевой части нижнего наконечника с внешней стороны имеется кольцевой буртик с расположенными на нем дистанционирующими выступами, к которому в упор установлены торцы поглощающих элементов.5. Орган регулирования ядерного реактора по п.1 или 4, характеризующийся тем, что к нижнему наконечнику закреплены упругие стыковочные фиксаторы.6. Орган регулирования ядерного реактора по п.1 или 4, характеризующийся тем, что к нижнему торцу нижнего наконечника закреплены направляющие стыковочные штыри.7. Орган регулирования ядерного реактора по п.1 или 3, характеризующийся тем, что в кольцевом буртике верхнего наконечника имеются стыковочные отверстия и пазы.