КОСМИЧЕСКАЯ ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК G21D1/00 

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам управления стержнями безопасности для обеспечения глубокой подкритичности ядерного реактора космической ядерной энергетической установки (КЯЭУ) на всех этапах жизненного цикла реактора, кроме периода штатного функционирования.

Известна конструкция КЯЭУ, содержащая стержни безопасности (СБ) и механические системы ввода и вывода стержней безопасности из активной зона реактора (см. патент Р.Ф. на изобретение №2131150 от 1999 г. «Космическая ядерная энергетическая установка»). Недостатком этой конструкции является то, что привод СБ расположен за теневой радиационной защитой относительно реактора, что требует организовывать каналы в защите для прохода силовой связи от привода к СБ, что снижает эффективность теневой радиационной защиты.

Близким техническим решением к заявленному является конструкция КЯЭУ, в которой СБ расположен в направляющем кожухе и может перемещаться из активной зоны в сторону, противоположную от теневой радиационной защиты. Привод СБ расположен за теневой радиационной защитой, а замок удержания стержня размещен на кожухе и фиксирует стержень в выдвинутом из активной зоны положении (см. фиг.1 J.C.Mondt, V.C.Truscell, A.T.Marriot, SP-100 Power program. 11 Symposium Space Nuclear Power and Propulsion, Albuguram, N.M., 1994, Part One, page 143).

Наиболее близким техническим лечением к заявленному является конструкция КЯЭУ, где привод СБ расположен по одну сторону с реактором относительно теневой радиационной защиты в зоне, наиболее удаленной от реактора, и соединен с СБ гибким силовым звеном, например стальным тросом. Внутри направляющего кожуха между торцом СБ, обращенным к приводу, и кожухом привода размещена пружина сжатия, а на противоположном торце СБ имеется грибовидный хвостовик фиксации СБ в замке, который размещен вместе с агрегатами, обеспечивающими его функционирование, на корпусе реактора.

Недостатком этой конструкции является то, что замок СБ расположен на корпусе реактора, что не исключает возможность произвольного выброса СБ из активной зоны при обгорании реактора в случае входа КЯЭУ в плотные слои атмосферы.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - улучшение массогабаритных характеристик и повышение ядерной безопасности КЯЭУ.

Технический результат - снижение массы реакторного блока и повышение безопасности путем размещения замка СБ в средней части активной зоны и, таким образом, гарантированного удержания СБ в активной зоне реактора при его обгорании в случае входа КЯЭУ в плотные слои атмосферы.

Этот результат достигается тем, что замок СБ расположен в средней части стержня безопасности и содержит фиксатор с двухсторонними упорами, размещенный на оси вращения относительно корпуса стержня безопасности и имеющий наклонный относительно оси стержня безопасности паз, соединенный с гибким силовым звеном, толкатель с пружиной и роликом, расположенным в пазу фиксатора, на внутренней поверхности направляющего кожуха в месте фиксации стержня безопасности выполнена расточка, а на торце кожуха имеется упругий упор.

На фиг.1 показана конструктивная схема из статьи J.C.Mondt, V.C.Truscell, A.T.Marriot.

На фиг.2 представлена головная часть КЯЭУ.

На фиг.3 изображен замок СБ.

КЯЭУ содержит (см. фиг.2) последовательно соединенные холодильник-излучатель 1, теневую радиационную защиту 2 и реактор 3, включающий активную зону 4 с тепловыделяющими каналами 5, соединенными с трубными досками 6, стержень безопасности с нейтронопоглощающим материалом 7, размещенный в направляющем кожухе 8, один из участков которого расположен вне активной зоны 4, замок СБ 9, привод СБ 10, связанный кинематически со стержнем безопасности гибким силовым звеном 11. Внутри направляющего кожуха 8 между торцом стержня безопасности 7, обращенным к приводу, и корпусом привода размещена пружина сжатия 12, на противоположном торце кожуха 8 имеется упругий упор 13. Замок 9 расположен в средней части стержня безопасности 7 и содержит фиксатор 14 с двухсторонними упорами 15, размещенный на оси вращения 16, а в фиксаторе 14 выполнен наклонный паз 17. Между корпусом стержня безопасности и фиксатором 14 размещен толкатель 18 с пружиной 19 и роликом 20, расположенным в пазу 17. На внутренней поверхности направляющего кожуха 8 выполнена расточка 21, в которую входят упоры 15 для удержания СБ в активной зоне 4.

Предложенное устройство работает следующим образом. На этапе сборки КЯЭУ и выведения на орбиту стержень безопасности 7 удерживается в активной зоне 4 замком 9, а при запуске реактора извлекается из зоны приводом 10. При этом сначала сжимается пружина 19 и толкатель 18, перемещая ролик 20 в пазу 17, разворачивает фиксатор 14 относительно оси 16 и упоры 15 выходят из расточки 21. После этого начинает сжиматься пружина 12 и стержень безопасности извлекается из активной зоны.

Для глушения реактора в экстренных случаях привод 10 освобождает трос 11 и под действием пружины 12 стержень безопасности перемещается до упора 13, а под действием пружины 19 фиксатор 14, разворачиваясь относительно оси 16, входит в зацепление упорами 15 с торцами расточки 21, что надежно удерживает стержень в корпусе реактора.

Изобретение относится к источникам энергоснабжения космических аппаратов. Замок стержня безопасности реактора, удерживающий его в активной зоне при аварийных ситуациях, расположен в средней части стержня безопасности и содержит фиксатор с двухсторонними упорами. Фиксатор размещен на оси вращения относительно корпуса стержня безопасности и имеет наклонный относительно стержня паз. Фиксатор соединен гибким силовым звеном с электромеханическим приводом. Между корпусом стержня безопасности и фиксатором расположен подпружиненный толкатель с роликом в наклонном пазу фиксатора. На внутренней поверхности кожуха, в котором перемещается стержень безопасности, выполнена расточка в зоне, где фиксируется стержень безопасности, а на противоположном от привода торце кожуха имеется упругий упор. Технический результат - снижение массы реакторного блока и повышение безопасности путем удержания стержня безопасности в активной зоне реактора при его обгорании в случае входа в плотные слои атмосферы. 3 ил.

Космическая ядерная энергетическая установка, содержащая последовательно соединенные холодильник-излучатель, теневую радиационную защиту и реактор, включающий активную зону с тепловыделяющими каналами, соединенными с трубными досками, стержень безопасности, один или более, с нейтронопоглощающим материалом, размещенный в направляющем кожухе, один из участков которого расположен вне активной зоны, замок стержня безопасности, привод стержня безопасности, связанный кинематически со стержнем безопасности гибким силовым звеном, внутри направляющего кожуха, между торцом стержня безопасности, обращенным к приводу, и корпусом привода размещена пружина сжатия, отличающаяся тем, что замок стержня безопасности расположен в средней части стержня безопасности и содержит фиксатор с двухсторонними упорами, размещенный на оси вращения относительно корпуса стержня безопасности и имеющий наклонный относительно оси стержня безопасности паз, соединенный с гибким силовым звеном толкатель с пружиной и роликом, расположенным в пазу фиксатора, на внутренней поверхности направляющего кожуха в месте фиксации стержня безопасности выполнена расточка, а на торце кожуха имеется упругий упор.