СЪЕМНАЯ ГОЛОВКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2008 года по МПК G21C3/32 

Область техники

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

Предшествующий уровень техники

Известна съемная головка тепловыделяющей сборки (патент №2212065, приоритет от 09.09.2001) ядерного реактора (прототип), включающая прижимную плиту, направляющие втулки, проходящие через отверстия в прижимной плите. Направляющие втулки снабжены 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. Опорные элементы жестко соединены с блокирующими элементами, выполненными в виде гильз, юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг.

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является наличие радиальных люфтов в соединениях цанг с направляющими каналами, которые могут приводить к повороту оси головки относительно оси тепловыделяющей сборки и, соответственно, к снижению устойчивости тепловыделяющей сборки при продольно-поперечном нагружении в процессе эксплуатации. Такое снижение устойчивости приводит к образованию в активной зоне повышенных зазоров между тепловыделяющими сборками. А повышенные зазоры между тепловыделяющими сборками приводят к местным изменениям водо-уранового отношения и, соответственно, к местным всплескам энерговыделений в тепловыделяющих сборках. На практике это может привести к местному перегреву тепловыделяющих элементов или к невыполнению условий безопасной эксплуатации активной зоны.

Раскрытие изобретения

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

Задачей изобретения является исключение возможности наклона оси съемной головки относительно оси тепловыделяющей сборки.

Техническим результатом изобретения является исключение радиальных люфтов в соединении цанг с направляющими каналами 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 в виде цанг, зацепляемых за упомянутые направляющие каналы и запираемых блокирующими элементами, выполненными в виде гильз, причем коаксиально упомянутым направляющим втулкам установлены опорные элементы, взаимодействующие с пружинами, поджимающими прижимную плиту к упорам, и жестко соединенные с гильзами, юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг. Новым является то, что на нижних концах цанг выполнены бурты, взаимодействующие с нижними торцами гильз.

Кроме того, согласно изобретению поверхность буртов, взаимодействующая с нижними торцами гильз, выполнена конической.

При таком устройстве съемной головки цанги обжимаются и исключаются радиальные люфты между ними и направляющими каналами. А отсутствие люфтов обеспечивает соосность съемной головки и тепловыделяющей сборки.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

фиг.2 - вертикальный разрез узла соединения цанги с направляющим каналом.

Варианты осуществления изобретения

Съемная головка тепловыделяющей сборки (8) ядерного реактора 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. А на опорные элементы (15) оперты нижними концами установленные соосно направляющим втулкам (6) пружины (16), на которые оперта прижимная плита (2). Опорные элементы (15) могут быть выполнены, например, в виде усеченных конусов (для обтекаемости в потоке теплоносителя). Опорные элементы (15) выполнены также жестко соединенными с блокирующими элементами, запирающими цанги (11), и вместе они представляют собой гильзы (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11). Нижние торцы гильз (17) уперты в бурты (13), выполненные на нижних концах цанг (11). Поверхность буртов (13), в которую уперты нижние концы цанг (11), может быть выполнена конической.

Дополнительно на съемной головке может быть установлено защитно-направляющее устройство (3), которое прижато, по крайней мере, одной пружиной (4) через опорный элемент (14), закрепленный на защитно-направляющем устройстве (3), к центральной трубе (18). Верхним концом пружина (4) уперта в прижимную плиту (2). Защитно-направляющее устройство (3) 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 плиты с закрепленными на ней защитными направляющими в виде перфорированной конической обечайки или в виде наклонных ребер.

Работа съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора осуществляется следующим образом.

Пружины (16), упираясь в прижимную плиту (2), прижимают гильзы (17) к буртам (13). Усилия взаимодействия гильзы (17) с буртами (13) направлены вниз. Поскольку векторы этих усилий не лежат на оси цанги (11), на лепестках упомянутой цанги создаются изгибающие моменты, заставляющие лепестки цанги сгибаться в направлении оси до тех пор, пока лепестки не прижмутся к направляющему каналу (1). Если поверхность бурта (13), взаимодействующая с нижним торцом гильзы (17), выполнена конической, то дополнительно к моменту на каждом лепестке цанги (11) появится сила, прижимающая лепесток к направляющему каналу (1).

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.

В случае установки защитно-направляющего устройства пружина (4) и стяжки (5) обеспечивают перемещение защитно-направляющего устройства (3) вниз на величину поджатая съемной головки внутрикорпусными устройствами ядерного реактора. А в случае установки на защитно-направляющем устройстве (3) упора (14), взаимодействующего с торцом центральной трубы (18), перемещение упомянутого защитно-направляющего устройства вниз ограничивается.

Теплоноситель поступает в тепловыделяющую сборку (1) снизу и, сняв с нее тепловую энергию, 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) под действием потока теплоносителя, чем исключается возможность фреттинг-износа цанг (11).

Для демонтажа съемной головки может быть использовано приспособление согласно патенту №2075118, которое поднимает защитно-направляющее устройство (3). Поднимаясь, плита защитно-направляющего устройства (3) упирается в радиальные выступы (19) гильз (17) и перемещает гильзы (17) вверх, сжимая при этом пружины (4) и (16). Перемещение гильз (17) 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 защитно-направляющее устройство (3) на съемной головке.

Для монтажа съемной головки на тепловыделяющей сборке (1) сжатую с помощью указанного выше приспособления съемную головку устанавливают цангами (17) до упора в торцы направляющих каналов (1). Затем производится ослабление поджатия пружин (4) и (16) указанным приспособлением, при этом защитно-направляющее устройство (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). А упирание торцов гильз (17) в бурты (13) цанг (11) обеспечивает прижатие лепестков упомянутых цанг к направляющим каналам (1).

Таким образом, предлагаемое решение 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 радиальных люфтов в соединении съемной головки с тепловыделяющей сборкой. А это, в свою очередь, исключает наклон оси головки относительно оси тепловыделяющей сборки, чем повышается ее устойчивость при продольно-поперечном нагружении в активной зоне ядерного реактора. В конечном итоге повышение устойчивости тепловыделяющей сборки приводит к исключению образования повышенных зазоров между тепловыделяющими сборками, в которых могут возникать повышенные энерговыделения, чем и достигается повышенный запас по обеспечению безопасности ядерного реактора.

Промышленная применимость

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

Изобретение относится к атомной энергетике, к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора закреплена на верхних концах направляющих каналов (1) поглощающих стержней и содержит прижимную плиту (2), направляющие втулки (6). Втулки (6) проходят через отверстия в прижимной плите (2) и снабжены упорами (9), внутренними уступами (10) и сцепными элементами. Упоры (9) установлены над прижимной плитой (2). Внутренние уступы (10) стыкуются с торцами направляющих каналов (1). Сцепные элементы выполнены в виде цанг (11). Цанги взаимодействуют с направляющими каналами (1) и запираются блокирующими элементами. Блокирующие элементы выполнены в виде гильз (17). Опорные элементы (15) установлены коаксиально направляющим втулкам (6). Опорные элементы взаимодействуют с пружинами (16). Пружины поджимают прижимную плиту (2) к упорам (9). Опорные элементы (15) жестко соединены с гильзами (17). Юбки гильз взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11). На нижних концах цанг выполнены бурты (13). Бурты взаимодействуют с нижними торцами гильз (17). Изобретение направлено на повышение надежности тепловыделяющей сборки и повышение запасов по обеспечению безопасности ядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 2 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, выполненными в виде цанг (11), зацепляемых за упомянутые направляющие каналы (1) и запираемых блокирующими элементами, выполненными в виде гильз (17), причем коаксиально упомянутым направляющим втулкам (6) установлены опорные элементы (15), взаимодействующие с пружинами (16), поджимающими прижимную плиту (2) к упорам (9), и жестко соединенные с гильзами (17), юбки которых взаимодействуют с наружными поверхностями цанг (11), отличающаяся тем, что на нижних концах цанг выполнены бурты (13), взаимодействующие с нижними торцами гильз (17).2. Съемная головка тепловыделяющей сборки ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что поверхность буртов (13), взаимодействующая с нижними торцами гильз (17), выполнена конической.