Газовый орган для регулирования энерговыделения в петлевом канале ядерного реактора Советский патент 1983 года по МПК G21C7/22 

110 Изобретение относится к технике кдер ных реакторов и предназначено регулирования энерговыделения твэлов, расположенных в петлевом канале исследовательского реактора, преимущественно для испытания юс в режимах маневрирования мощности. Известен орган для регулирования энерговыделения в петлевом канале, кото рый представляет из себя наполняемый газом-поглотителем о.&ьем между двумя коаксиальными трубами, окружающими канал, причем, этот объем разделен на секции, к каждой из которых подсоеди нена .питающая трубка 1 . Недостатком устройства является плохая вентиляционная способность, так как в нем невозможно осуществить полное обновление газа в секциях без сиижения его давления до нуля, Следовательно, при работе такого органа в нем накапливаются продукты Eiiait модействия газа-поглотителя с нейтронами, что обуславливает снижение эффек пшности органа, а в случае распрост1за ненного поглотителя гелия-3 опасно утечками радиоакт шного тритгш в актив- Ную зону реактора, так .как тритий диф-фундирует через многие металлические оболочки. Кроме того , у органа низкая эффек;тивность в условиях ограниченной толщины при большом давлении на корпус, кото „рое в этом случае необходимо для достижения достаточного диапазона регулирова ния. ( 50%). Это объясняется тем, что силовое напряжение в корпусе цилин|а1ричес кого органа пропорционально его радиусу, а он значительно больще толщины оргша, значит, прк равной прочности стенки ор гена должны быть значительно толще, чем стенки органа, который можно образовать из трубки малого диаметра, окружающей канал спиралью.. К недостаткам органа относится таюк& плохая технологичность: он собран из мно пах частей и содержит сварные щвы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является газовы орган для регулирования энерговыделеггая в петлевом канале ядерного реактора, содержащий навитую виток к витку вокруг твэлов петлевого канала полую спираль, один из кондов которой служит для подачи, а другой - для истечения газа-погло тителя C2J . Такой газовый орган имеет высоку о вентиляционную способность и Texiio/iorH4 кость (не содержит сварных швов), Од7лако он не является оптимальным по эффективности и не обеспечивает высокого качества регулирования энерговыделения в канале, так как создает неравномерность энергораспределения. Круглый профиль спирали не позволяет заполнить без пустот v3a3op петлевого канала газомпоглотителем, что снижает эффективность : органа. Помимо объемного содержания газа-поглотителя снижение эффективности обусловлено и непосредственно круглой геометрией профиля (большая часть нейт-; ронов проникает в канал минуя газовый орган). По этой же причине толщина слоя 1лазанпогяотителя в органе неравномерна по высоте, что приводит к неравномерное-- i ти элерг-ораспределения в канале, которую усугубляет аксиальная неравномерность распределения облучагощего канал нейтрон-. Horti потока. Кроме тоГо, дополнительную неравномерность вносит газопитающая трубка спирали, которая подходит к ге ни,ж11ему концу. В местах прохо кдения. трубки образуется двойной слой газапоглотите;ш, . Цель изобретения - повьшение эффективности газового органа и качества регулирования путем уменьщения неравномерности энергораспределения в петлевом канале, Поставпе. цель, достигается тем, чачэ в газовом органе для регулирования энерговыделения в петлевом 1сштале ядерного реактора, содержаилем навитую виток к. витку вокруг твэлов петлевого 1шна- ла лолую спира.т1ь, один из концов которой . служи для подачи, а друтюй - для истечения газа-логлотителя, спираль. вьшолнена с переменным четырех тольным -профилем, причем отнощение сторон профиля , (где f- сторона, расположе10 ая вдоль оси петлевого 1шнала) имеет больщее значение в зоне с большей плотностью нейтронного потока, но не превышает 3, Причем его спираль навита бифилярно. Отличительной осо нностью наобретения 5тляется вьшолнёние спирали перемен-. ным четырехуголь1ным профилем бифилярно, что позволяет повысить эффективносзъ газового органа за счет повышения объемного содержания газа-поглотителя при прежней тoлщшie органа и за счет улучи шения геометрииПрофиля. При этом снижение прочности компенсируется снижением величины максимального давления газа-поглотителя, которое неойсойимо для достижения заданного диапазона регулирования, за счет повышения эффективнооти органа. Поэтому надежность не ухудшается. Кроме того, вьшолнение проф||Йя, спирали четырехугольным ум вяьшает нЬравном арность аксиального энергорасдределения в петлевом канале за счет более равномерного распределения газантогдотителя в профиле и позволяет уменьшить эту неравномерность путем изменения от ношения сторон профиля в зависимости от плотности нейтронного потока в месте его расположения. Бифилярная намотка спирали (при которой оба ее конца нахо дятся с одной стороны) ликвидирует неравномерность энергораспределения в пет левом канале, которую вносит газопитающая линия, проходящая сверху к нижнему кониу спирали. Это важно, так как провести ЛИВИЮ скиду не позволяет конструкция петлевого канала. На чертеже изображен газовый орган для регулирования энерговыделения в nei левом канале ядерного реактора. Устройство содержит полую спираль 1 навиоую виток к витку вокруг центральной части петлевого канала 2. В центр© канала расположена сборка твэлов 3, энерговыделение которой регулирует орган Спираль выполнена с переменным четырех угольным профилем 4, отношение сторбй которого изменяется в зависимости от его расположения так, что в зоне с большой плотностью нейтронного потока (обычно в центре канала) профиль вытянут перпендикулярно оси канала больше. Внутри находится газ-поглотитель 5 нейт ронов. Он поступает в спираль по трубке 6, а вытекает по трубке 7, причем обе трубки подходят к концам спирали сверху, не пересекая витков спирали. Такое под- ключение возможно благодаря бифилярной намотке спирали, при которой оба ее коКца расположены с одной стороны () а середина 8 - с другой. Устройство работает следующим образом. Для уменьшения энерговьзделения сборки твэлов 3 газ-41оглотитель 5 по- / дают в спираль 1 газового органа по трубке 6. Давление и плотность газапоглотителя t в спирали 1 увеличива ются, следова:тельнЬ, увеличивается ее поглощакшщя способность по отношению к нейтронам Нейтронный поток, падак щий на сборку твэлов 3, уменьшается,, вследствие чего уменьшается ее энерговыделение. При увеличении энерговыделения сборки 3 газ-поглотитель 5 BtuxOmei из спирали 1 по трубке 7, поглощакод&я спосю&юсть спирали уменьшается - гоЗЕиыделенве возрастает. В процессе ра- 10 27 боть газового органа при периодическом повьш1ении и снижении давления (а также в стационарном режиме, когда небольшие колебания давления создает специальная газо утаса) в органе происходит обновление газа-поглотителя. По трубке 6 поступает газ, очищенньхй от продуктов взаимодействия с нейтронами, а по трубке 7 выходит загрязненный газ на очистку. Как пока.зьтает расчет относительного объемного содержания газа-поглотителя в спирали органа, существует широкий дипазон отношений сторон четырехугольного профиля, в котором предлагаемый газовый орган значительно превосходит прототип по эффектшаности.при одинаковой толщине. Так, например, для квадрат ного профиля спирали органа, выигрьш в эффективности составляет не менее 27%. В случае прямоугольного профиля вььигрыш зависит от его толщины б о ношения сторон толщины стенок. Если величину выигрыша определять только по относительному объемному содержа. кию, газа-поглотителя, то формула выигрыша примет вид ,2 (1 ) (2) Так как на практике существуют ограничения на толщину стенок профиля 7/ 0,5мм (определяются условиями надежной сварки органа с питающими трубками) и тотдцину профиля 4 1О мм (определяется размерами зазоров в петлевых каналах), то выигрьш в общем случае достигается при 2 / 1 3. Поэтому выполнение профиля с отношением сторон большим 3 не имеет смысла, а реально можно ограничиться и 2, так как навивка спирали с вытянутым перпендикулярно оси петлевого канала профилем затруднена. Характерно, что выигрыш в эффективности обеспечивается в газовом органе частично и за счет улучшения геометрии профиля. При четырехугольной форме профиля сокращается число нейтронов, попадающих на ттвэлы neiv левого канала, минуя слой газа-тпоглотителя. , . Кроме повыщения эффективности четьтрехугольная форма профиля спирали газового органа обеспечивает повьщ1ение качества регулиррвання, так как за счет спрямления профиля в нем уменьшается неравномерность распределения газа-поглотителя. следовательно, уменьщается аксиальная неравномерность энергораспределения в твэлах петлевого канала. Аксиальная неравномерность усугубляется косинусным распределением плотности нейтронного Потока по высоте ядерного реактора. Выполнение профиля с переменным отноше-. нием сторон позволяет в зоне с большей плотностью разместить более толстый профиль и компенсировать неравном Иностъ нейтронного распределения реактора. Это особенно важно для твэлов энергетических реакторов, при испытании которых в петлевом канале исследователь ского реактора аксиальная неравномерность их энергораспрецеления больше естественной. На практике подвести газопитающую трубку к нижнему кониу спирали газового органа -шк, что&ы она не создавала дополнительшлх искажений энергораспреде ления твэлов петлевого канала., часто не позволяет конструкция канала или неудобно. Бифклярная намотжа спирали, при которой оба ее конца находятся сверху, полностью исключает такие искажения. Предлагаемый газовый орган технологичен, так как его спираль с переменным четырехугольным профилем можетбыть навита из распространенной трубки круглого профиля, предварительно протянутой через профилирующее устройство. Таким образом, предлагаемый газовый орган технологичен, имеет вьюокую эффектиззность и хорошее к ество регулирования.

1. ГАЗОВЫЙ ОРГАН ДЛЯ РЁГУЛИРОВАМИЯ ЭНЕРГОВЬЩЕЛЕНИЯ В ПЕТЛЕВОМ КАНАЛЕ ЯДЕРНОГО PEAKТОРА содержащий навитую виток к витку О 4: О Сл 1нд s| вокруг твэлов нетлевого канала полую пираль, один иэ концов которой служит для подачи, а другой - для истечения га за-чпоглотителя, отличающийся тем, что, с делью повышения эффективное. ти газового органа и качества регулирования путем уменьшения неравнсмерносга энергораспределення в петлевом канале, спираль вьшолнена с переменным четырех угольным профилем, причем отасшение сюрон профиля 2 / 1 ( Р - сторона, расположенная вдоль сюи петлевого кана ла) имеет большое значение в зоне с большей плотностью нейтронного потока, но не превышает 3, 2. Газовый орган по в. 1, d т л в м . ч а ю щ и и с я тем, что его спираль навита биДсшярно S .