ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2019 года по МПК G21C3/04 

Область техники

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

Предшествующий уровень техники

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора (прототип), (Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г. и др. "Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций" - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004 г, стр. 13., рис. 6.18), содержащая пучок твэлов, установленный в каркасе, образованном направляющими каналами и дистанционирующими решетками, хвостовик, съемную головку. Съемная головка содержит верхнюю и нижнюю обечайки, опорную прижимную плиту, пружины, цанговые трубы. Нижние концы цанговых труб закреплены на направляющих каналах, а верхние проходят через отверстия в прижимной плите и плите верхней обечайки и имеют на конце упорные втулки. При этом при работе головки в ее верхней обечайке может находиться орган регулирования.

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является то, что при падении органа регулирования происходит движение опорной плиты по 17 цанговым трубам, которые закреплены на направляющих каналах с одной стороны и в отверстиях плиты верхней обечайки с другой. Для исключения закусывания необходимо выполнить четкое позиционировании отверстий для прохода цанговых труб в опорной плите и плите верхней обечайки. Также данное техническое решение не позволяет уменьшить высоту головки с целью увеличения загрузки топлива без изменения габаритов тепловыделяющей сборки. Другим недостатком известной тепловыделяющей сборки является то, что при сжатии головки, закрепленной цангами на направляющих каналах, цанговые трубы уходят вверх относительно плиты верхней обечайки. Это требует выбирать высоту верхней обечайки такой, чтобы цанга не взаимодействовала с элементами органов регулирования, что является недостатком, так как увеличивает высоту головки, что отрицательно сказывается на ураноемкости тепловыделяющей сборки.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является разработка конструкции тепловыделяющей сборки повышенной ураноемкости с сохранением габаритных размеров.

Задачей изобретения является уменьшение осевых габаритов головки тепловыделяющей сборки, позволяющее увеличить высоту топливного столба.

Техническим результатом изобретения является изменение конструкции съемной головки обеспечивающей функции поджатая тепловыделяющей сборки, гашение энергии падения органа регулирования при уменьшенных осевых габаритах съемной головки.

Достижение цели изобретения обеспечивается тем, что тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок твэлов (1), установленный в каркасе, образованном направляющими каналами (2) и дистанционирующими решетками (3), хвостовик (4), съемную головку (5), содержащую верхнюю обечайку (6), опорный элемент (7), пружины (8). Новым является то, что верхняя обечайка (6) съемной головки (5) выполнена в виде трубы (9) с жестко закрепленной плитой (10), взаимодействующей с пружинами (8), опорный элемент (7) выполнен в виде трубы (11), расположенной коаксиально трубе (9) верхней обечайки (6) с необходимым монтажным зазором (12) и имеющей в нижней части бобышки (13), взаимодействующие с пружинами (8), а в верхней части упор (14), взаимодействующий с трубой (9) верхней обечайки (6), при этом в плите (10) верхней обечайки (6) напротив каждой бобышки (13) опорного элемента (7) выполнены отверстия (15), форма которых соответствует форме бобышки (13) опорного элемента (7), при этом зазор в плане между отверстием (15) в плите (10) верхней обечайки (6) и бобышкой (13) составляет не менее монтажного зазора (12) между трубой (11) опорного элемента (7) и трубой (9) верхней обечайки (6).

По варианту тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит съемную головка с верхней обечайкой (6), плитой (16), цанговыми элементами (17). Новым является то, что цанговые элементы (17), выполнены из коаксиально расположенных нижней трубы (18), и верхней трубы (18), жестко закрепленной в плите (16), верхней обечайки (6), при этом на внутренней поверхности верхней трубы (19) и на наружной поверхности нижней трубы (18) выполнены опорные площадки (20), взаимодействующие друг с другом.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора;

фиг. 2 - вертикальный разрез съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, показывающий положение элементов головки при демпфировании органа регулирования;

фиг. 3 - вертикальный разрез поджатой съемной головки тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

фиг. 4 - опорный элемент с бобышками.

фиг. 5 - плита верхней обечайки.

фиг. 6 - разрез цанговой трубы, выполненной из верхней трубы и нижней трубы.

Осуществление изобретения

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок твэлов (1), установленный в каркасе, образованном направляющими каналами (2) и дистанционирующими решетками (3), хвостовик (4), съемную головку (5), содержащую верхнюю обечайку (6), опорный элемент (7), пружины (8). Верхняя обечайка (6) съемной головки (5) выполнена в виде трубы (9) с жестко закрепленной плитой (10), взаимодействующей с пружинами (8), опорный элемент (7) выполнен в виде трубы (11), расположенной коаксиально трубе (9) верхней обечайки (6) с необходимым монтажным зазором (12) и имеющей в нижней части бобышки (13), взаимодействующие с пружинами (8), а в верхней части упор (14), взаимодействующий с трубой (9) верхней обечайки (6), при этом в плите (10) верхней обечайки (6) напротив каждой бобышки (13) опорного элемента (7) выполнены отверстия (15), форма которых соответствует форме бобышки (13) опорного элемента (7), при этом зазор в плане между отверстием (15) в плите (10) верхней обечайки (6) и бобышкой (13) составляет не менее монтажного зазора (12) между трубой (11) опорного элемента (7) и трубой (9) верхней обечайки (6).

По варианту тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит съемную головку с верхней обечайкой (6), плитой (16), цанговыми элементами (17). Цанговые элементы (17), выполнены из коаксиально расположенных нижней трубы (18), и верхней трубы (19), жестко закрепленной в плите (16), верхней обечайки (6), при этом на внутренней поверхности верхней трубы (19) и на наружной поверхности нижней трубы (18) выполнены опорные площадки (20), взаимодействующие друг с другом.

Работа тепловыделяющей сборки ядерного реактора осуществляется следующим образом.

Часть пружин (8) съемной головки (5) тепловыделяющей сборки ядерного реактора упираются своими верхними торцами в плиту (10) верхней обечайки (6), жестко соединенную с верхней обечайкой (6). Другая часть пружин (8) упирается своими верхними торцами в бобышки (13) опорного элемента (7).

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой (5) поджимается блоком защитных труб (на чертеже не показан). При поджатии головки (5) тепловыделяющей сборки опорный элемент (7) вместе с верхней обечайкой (6) головки (5) и плитой (10) перемещается вниз, сжимая все пружины (8) пружинного блока тепловыделяющей сборки. Усилие, создаваемое пружинами (8), обеспечивает невсплытие тепловыделяющей сборки во всех режимах эксплуатации.

При срабатывании аварийной защиты элементы конструкции органа регулирования (16) взаимодействуют с плитой (10) верхней обечайки (6), продавливая ее вниз. Энергия падения органа регулирования (21) поглощается пружинами (8), взаимодействующими непосредственно с плитой (10) верхней обечайки (6). Пружины (8), упирающиеся в бобышки (13) опорного элемента (7), остаются неподвижными - за счет наличия вырезов в плите (10) верхней обечайки (6), в которые входят бобышки (13) опорного элемента (7). Таким образом, обеспечивается фиксация тепловыделяющей сборки ядерного реактора в плите блока защитных труб реактора при срабатывании аварийной защиты.

По варианту цанговые элементы (17) выполняются разрезными, состоящими из верхней (19) и нижней труб (18) с опорными площадками (20) на внутренней поверхности верхней трубы (19) и наружной поверхности нижней трубы (18). При этом верхняя труба (19) цангового элемента (17) жестко соединяется (например, с помощью сварки) с плитой (16) верхней обечайки (6) головки.

Пружины с начальным предварительным поджатием, устанавливаются соосно цанговым элементам (17), и создают усилие на верхнюю (19) и нижнюю (18) трубы цангового элемента (17). За счет этого усилия, при неподжатой головке, верхняя (19) и нижняя (18) трубы цангового элемента (17) прижимаются друг к другом по опорным площадкам (20), выполненным в них. Относительное расположение этих опорных площадок (20) и размеры верхней (19) и нижней (18) труб, с учетом жесткого соединения верхней трубы (19) с плитой (16) и верхней обечайкой (6) головки, определяет максимальное расстояние между плитами верхней и нижней обечаек, а, следовательно, - габаритный вертикальный размер ненагруженной головки тепловыделяющей сборки (на чертеже не показана) и предварительное поджатие пружинного блока головки.

Установленная в ядерный реактор тепловыделяющая сборка со съемной головкой поджимается внутрикорпусными устройствами ядерного реактора. При поджатии головки тепловыделяющей сборки верхняя обечайка (6) головки перемещается вниз вместе с плитой (16) и соединенными с ней верхними трубами (19) цанговых элементов, которые двигаются по нижним цанговым трубам (18), при этом между упором (20) верхней трубы (19) и упором (20) нижней цанговой трубы (18) образуется зазор. Пружины своим верхним торцом упираются в плиту (16), а нижним торцом, через специальную втулку - в нижние выступы нижней трубы (18) цангового элемента (17). Каждый из направляющих каналов (на чертеже не показаны) заходит внутрь соответствующей нижней трубы (18) цангового элемента (17) и упирается в упор (20), через которые усилие поджатая тепловыделяющей сборки передается на направляющие каналы. При поджатии головки тепловыделяющей сборки происходит уменьшение расстояния между плитой (16) и верхними торцами направляющих каналов, на которые опираются нижние цанговые трубы (18), и, следовательно, происходит дополнительное (сверх предварительного) сжатие пружин пружинного блока, и рост усилия поджатая отдельных направляющих каналов.

При срабатывании аварийной защиты элементы конструкции органа регулирования (21) взаимодействуют с плитой (16) верхней обечайки (6). Энергия падения органа регулирования (21) поглощается пружинами, взаимодействующими непосредственно с плитой (16) верхней обечайки (6). Происходит перемещение верхней обечайки (6) и верхней трубы (19) цангового элемента (17), пружины сжимаются, догружая через нижнюю цанговую трубу (18) и направляющие каналы -так же, как и при поджатии тепловыделяющей сборки.

Промышленная применимость

Наиболее целесообразно предложенное решение использовать для эксплуатации на водо-водяных ядерных энергетических реакторах.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок твэлов, установленный в каркасе, образованном направляющими каналами и дистанционирующими решетками, хвостовик, съемную головку, содержащую верхнюю обечайку, опорный элемент и пружины. При этом верхняя обечайка съемной головки выполнена в виде трубы с жестко закрепленной плитой, взаимодействующей с пружинами, опорный элемент выполнен в виде трубы, расположенной коаксиально трубе верхней обечайки с необходимым монтажным зазором и имеющей в нижней части бобышки, взаимодействующие с пружинами, а в верхней части упор, взаимодействующий с трубой верхней обечайки. При этом в плите верхней обечайки напротив каждой бобышки опорного элемента выполнены отверстия, форма которых соответствует форме бобышки опорного элемента. Технический результат - изменение конструкции съемной головки, обеспечивающей функции поджатия тепловыделяющей сборки, гашение энергии падения органа регулирования при уменьшенных осевых габаритах съемной головки. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок твэлов (1), установленный в каркасе, образованном направляющими каналами (2) и дистанционирующими решетками (3), хвостовик (4), съемную головку (5), содержащую верхнюю обечайку (6), опорный элемент (7), пружины (8), отличающаяся тем, что верхняя обечайка (6) съемной головки (5) выполнена в виде трубы (9) с жестко закрепленной плитой (10), взаимодействующей с пружинами (8), опорный элемент (7) выполнен в виде трубы (11), расположенной коаксиально трубе (9) верхней обечайки (6) с необходимым монтажным зазором (12) и имеющей в нижней части бобышки (13), взаимодействующие с пружинами (8), а в верхней части упор (14), взаимодействующий с трубой (9) верхней обечайки (6), при этом в плите (10) верхней обечайки (6) напротив каждой бобышки (13) опорного элемента (7) выполнены отверстия (15), форма которых соответствует форме бобышки (13) опорного элемента (7), при этом зазор в плане между отверстием (15) в плите (10) верхней обечайки (6) и бобышкой (13) составляет не менее монтажного зазора (12) между трубой (11) опорного элемента (7) и трубой (9) верхней обечайки (6).

2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая съемную головку (5) с верхней обечайкой (6), плитой (16), цанговыми элементами (17), отличающаяся тем, что цанговые элементы (17) выполнены из коаксиально расположенных нижней трубы (18) и верхней трубы (19), жестко закрепленной в плите (16), верхней обечайки (16), при этом на внутренней поверхности верхней трубы (19) и на наружной поверхности нижней трубы (18) выполнены опорные площадки (20), взаимодействующие друг с другом.