Активная зона ядерного реактора с твердым замедлителем Советский патент 1990 года по МПК G21C5/02 

Изобретение относится к области эксплуатации и ремонта канальных ядерных реакторов и может быть nd- пользовано при проведении ремонтно- восстановительпых работ на ядерных реакторах типа РБМК.

Целью изобретения является повышение безопасности и экономичности ядерного реактора, улучшение условий труда за счет уменьшения терморадн- ационного формоизменения кладки,

В основу предлагаемого техтшческо- го решения положен физический факт терморадиационного формоизменения графита, физическое свойство этого

материала первоначально уменьшить свои размеры (усадка) под действием облучения, а затем при достижении .наперед определенного (для конкрет,- ной марки графита) флюенса увеличивать размеры (вторичное распухание), а также то, что флюенс по зонам сечения грлфитологЬ блока для одног и того же момента времени неодинаков (уменьп ается от поверхности отверстия к внешней поверхности блока). В связи -с этим происходит коробление блока, особенно заметное при достижении критической величины флюенса. Доэтому в данной активно) зоне граО1

СО

со со ел

фитовые блоки в колоннах под топливную загрузку выполнены по крайней мере с п tj 2 равномерно распределенными по внутренней поверхности осевыми канавками глубиной:

«,-(-К

- 4 + и.

(i) 1 Вн

-

(1)

1где R

В и

- радиус отверстия графитово го блока;

,1

ких канавок лучше сделать шесть или восемь. Затем по формулам (1) и (2) определяют глубину кайавркЬ и их пирину V . При этом величины R-. и Д определяют из конструкционной геометрии графитового блока, U - расчетным путем по методике норм прочности, значение распухания для данной марки графита определяется из справочных таблиц. После этого по известной технологии на остановленном реакторе извлекают трубу технологического канала (ТК) и с помоf nujjui пчеикиго канала viK и с помо ТГ :1.. 3 ь„ известь,. „р„с„„со6„е,«й „ „L.На внутренней поверхности блока в конце срока проектной эксплуатации;

румента выполняют канавки. Затем устанавливаютч технологический канал в измененную таким образом колонну графитовой кладки реактора.

е1(f -величина распукання графита в средней части блока в конце срока, проектной эксплуатации;

-радиальный зазор между тех иологическим каналом и бло- 5 ком на момент начала эксплуатации;

-радиальное перемещение трубы технологического канала в конце срока проектной эксплуатации, шириной.

2F.R ям Л1

и

30

л ill/ R ем

о ---- I--1 аи

„V

(2)

На фиг, 1 представлено сечение « Графитового блока с осевыми канавками; на фиг. 2 - графиты скорости искривления графитоаых колонн (S) периферийных рядов активной зоны реакто- ра, состоящей из блоков без канавок (кривая 1) и с осевыш канавками, расположенными одна относительно другой под углом 45°, глубиной L 33 мм и толщиной «Г 4,5 мм и R g 57 мм (кривая 2), при радиальном коэффициенте неравномерности 0,7 и длине полуряда 25 ячеек; на фиг. 3 - графики перемещений внутренней поверхности в блокйх без канавок (кривая 3) и . в блоках с канавками (кривая 4) при IfiLo и рабочих параМсТрЗл ,. Первоначально из конструкционных

соображений, технологических возможностей нанесения канавок на их внутреннюю поверхность выбирают число наносимых канавок в количестве п :J 2, в частности для графитового блока та

ких канавок лучше сделать шесть или восемь. Затем по формулам (1) и (2) определяют глубину кайавркЬ и их пирину V . При этом величины R-. и Д определяют из конструкционной геометрии графитового блока, U - расчетным путем по методике норм прочности, значение распухания для данной марки графита определяется из справочных таблиц. После этого по известной технологии на остановленном реакторе извлекают трубу технологического канала (ТК) и с помоnujjui пчеикиго канала viK и с помо ь„ известь,. „р„с„„со6„е,«й „ „L.3 ь„ известь,. „р„с„„со6„е,«й „ „L.5

0

5

0 5 0

5

румента выполняют канавки. Затем устанавливаютч технологический канал в измененную таким образом колонну графитовой кладки реактора.

В общем случае количество осевых канавок, которые являются зонами разгрузки внутренних слоев графитового блока, Ьожно сделать сколь угодно- много (чем больше, тем лучше) с точки зрения долговечности блока. Однако сама технологическая операция выполнения таких канавок в период капитальных ремонтов действующих блоков с канальными ядерными реакторами требует дополнительных затрат времени и, самое главное, увеличения (ухудшения условий труда) коллективной дозы облучения обслуживающего персонала. С этих позиций количество выполняемых канавок должно быть минимальным, т.е. равным двум (для однородного материала). На практике имеют дело с анизотропными конструкционными материалами, что требует создание большего количества (шесть- восемь) зон разгрузки (осевых канавок) .

i . , .

Точное потребное количество осевых канавок (2, 4, 6, ...), необходимое -для практического решения технической задачи по увеличению срока эксплуатации канальных ядерных реакторов, зависит от ряда факторов, определяемых технологической наследственностью конструктивной cиcтe tы: труба технологического канала - кольцо твёрдого контакта - графитовых блоков. В частности, для этого надо знать,по какой технологии изготовлена труба технологического канала, разброс исходных данных по физико- механическим свойствам конструкционных jMa т ериалов систе№1. Вместе с э тим

10

для обоснованного выб ора количества осевых канавок (2, 4, 6, ...) .необходимо знать начальные (монтажные) за,зоры (в поле заданных допусков) между графитовым блоком и канальной труЬой. Поэтому в общем случае по разгрузке внутренней .части графитового блока и повьппения его рабочего ресурса требуется выполнить осевые канавки - пазы для уменьшения неоднородности поля деформации в количестве большем двух, и в инженерной практике уточнить их количество расчетом.

Устройство работает следую1Щ1м образом.

Под действием неравномерного облучения происходит формоизменение графита и возникают терморадиационные напряжения. В области температур 500 - графит первоначально усаживается (до дозы облучения I1 «10 нейтр/см2, Е О,18 МэВ), достигая в максимуме усадки 1%, а за- тем начинает увеличивать свои линей- jHbie размеры, достигая распухания I при лозе облучения, равной 2,5x10 иейтр/см, что соответствует I

30 голам .ЧКГПП ЯТЯТТЫЧ tлгг..

15

30

25

ния в графитопом блоке до уровня торый г,арл11тирует неизменность г метрических параметров конструкци

П р и м е р. Б этом случае рем та кладки реактора РБМК выбирают ло канавок, равное п 8, Для исх ных данных Кд„ 57 мм; () g-

л-tJ 0,0475; (-|;)вм 0,1; 1,7 м

и 0,7 мм, по формулам (1) и (2 определяют L 33 м и cf 4,5 мм

Извлекают ТК и, используя меха ческую фрезу на жесткой штанге с направляющими и активным отсосом .дуктов резания, выполняют п канав равномерно расположенных по окруж ти отверстия графитового блока на глубину L 33 мм шириной (,5 После этого устанавливаем новый ТК в подготовленное таким образом от- в.ерстие графитовой колонны.

Проведенная операция позволяет уменьшить радиационное формоизмене ние графитовой колонны и тем самым увеличить срок эксплуатации активн зоны (фиг. 2 и 3).

30 годам эксплуатации реактора РБМК-1500 и примерно 45 годам работы реактора PRfK-100р.

Перемещения paфитoвыx колонн, из которых состоит активная зона, определяются формоизменением графитовых блоков. На стадии усадки внутренний диаметр блока Rg (ф лг. 1) уменьшает- .ся под действием процесса сворачивания слоев графита, заключенных между внутренними и наружными поверхностя- ми, так как внутренние слои усаживаются скорее из-за большего потока в центре, при этом внутренние разрезы компенсируют эти перемещения, так как перемещения графита, заключенного между пазами, относительно центра отверстия противоположны по знаку.

На стадии распухания процессы повторяются, но так как усадка сменилась

30 Изобретение позволяет улучшить экономичность ядерной паропроизводя щей установки за счет увеличения ср ка ее эксплуатации, уменьшения числ калибровок отверстий колонн, что по

JJ зитипно сказывается на радиационной обстановке в центральном зале реакт ра и улучшает условия труда обслужи .вающего персонала.

4Q Кроме того, наличие канавок увели чивает работоспособность системы контроля целостности ТК, так как в .этом случае уменьшается газовое со- противление тракта, и не происходит

д5 распространение влажности по соседним ячейкам, где ТК герметичные.

Последнее позволяет эксплуатировать реактор в более безопасном режи ме. Вместе с тем уменьшение количест

.-,„. , .-,,-. „е, имеете с тем уменьшение количест

т: :ir 1 50 - графита в графитовых блоках также

товый блок в целом разворачивается, увеличивая диаметр внутреннего отверстия, а пазы компенсируют эти перемещения..

Таким образом, достигаются уменьшение перемещений, внутреннего отверстия графитового блока, что снижает температуру графита и улучшает ФИЗИ.КУ реактора, снижаются напряже55

способствует повышению безопасности канальных реакторов, в частности типа РБМК, так как уменьшается паровой коэффициент реактивности.

Формула ивобретення

Активная зона ядерного реактора с твердым замедлителем, образующим

1597935

10

I

5

0

5

ния в графитопом блоке до уровня, который г,арл11тирует неизменность геометрических параметров конструкции.

П р и м е р. Б этом случае ремонта кладки реактора РБМК выбирают число канавок, равное п 8, Для исходных данных Кд„ 57 мм; () g-

л-tJ 0,0475; (-|;)вм 0,1; 1,7 мм;

и 0,7 мм, по формулам (1) и (2) определяют L 33 м и cf 4,5 мм,

Извлекают ТК и, используя механическую фрезу на жесткой штанге с направляющими и активным отсосом про- .дуктов резания, выполняют п канавок, равномерно расположенных по окружности отверстия графитового блока на глубину L 33 мм шириной (,5 мм. После этого устанавливаем новый ТК в подготовленное таким образом от- в.ерстие графитовой колонны.

Проведенная операция позволяет уменьшить радиационное формоизменение графитовой колонны и тем самым увеличить срок эксплуатации активной зоны (фиг. 2 и 3).

30 Изобретение позволяет улучшить экономичность ядерной паропроизводя- щей установки за счет увеличения срока ее эксплуатации, уменьшения числа калибровок отверстий колонн, что поJJ зитипно сказывается на радиационной обстановке в центральном зале реактора и улучшает условия труда обслужи- .вающего персонала.

4Q Кроме того, наличие канавок увеличивает работоспособность системы контроля целостности ТК, так как в .этом случае уменьшается газовое со- противление тракта, и не происходит

д5 распространение влажности по соседним ячейкам, где ТК герметичные.

Последнее позволяет эксплуатировать реактор в более безопасном режиме. Вместе с тем уменьшение количест „е, имеете с тем уменьшение количест

0 - графита в графитовых блоках также

50 - графита в графитовых блоках также

55

способствует повышению безопасности канальных реакторов, в частности типа РБМК, так как уменьшается паровой коэффициент реактивности.

Формула ивобретення

Активная зона ядерного реактора с твердым замедлителем, образующим

графитовую кладку в виде колонн с осевым отверстием под технологические каналы, и т л и ч а ю щ а я - с я . тем, что, с целью повышения безопасности и экономичности ядерного реактора, улучшения условий труда . за счет уменьшения терморадиационного формоизменения кладки, графитовые блоки в колоннах под топливную загрузку выполнень по крайней мере с п 2 равномерно распределенными п;о виутренней поверхности осевыми каналами глубиной L, определяемой из соотношения

15979358

.41ч

V-J/JH - величина распухания графита на внутренней поверхности блока в конце Проектного эксплуатации;

,lv

(-Т Гл10

15

Г

4 величина распухания графита в средней части блока в конце проектного срока эксплуатации; радиальный зазор между технологическим каналом и.блоком на момент начала эксплуатации; У т - радиальное перемещение трубы технологического канала в конце срок ;; проектной эксплуатации

|где R

фм радиус отверстия графи- товогй блока;

,lv

(

5

Г

4 0

5

величина распухания графита в средней части блока в конце проектного срока эксплуатации; радиальный зазор между технологическим каналом и.блоком на момент начала эксплуатации; У т - радиальное перемещение трубы технологического канала в конце срок ;; проектной эксплуатации

при зТом ширину пазов определяют по

зависимости ;

( /н R0

в;,J-i, . ..-.

. п . , -

Изобретение относится к эксплуатации и ремонту ядерных реакторов и может быть использовано при проведении ремонтно-восстановительных работ на ядерных реакторах типа РБМК. Целью изобретения является повышение безопасности и экологичности ядерного реактора, улучшение условий труда путем уменьшения терморадиационного изменения формы графитовой кладки. В активной зоне графитовые блоки в колоннах под топливную загрузку выполнены по крайней мере с N≥2 равномерно распределенными по внутренней поверхности осевыми канавками глубиной L=[R_вн (ΔL/L)_бл-Δ+U_Т](ΔL/Δ)_вм-(ΔL/L)_бл, где R_вн - радиус отверстия графитового блока

(ΔL/L_вм - величина распухания графита на внутренней поверхности блока в конце срока проектной эксплуатации

(ΔL/L)_бл - величина распухания графита в средней части, блока в конце срока проектной эксплуатации

Δ - радиальный зазор между технологическим каналом и блоком на момент начала эксплуатации

U_т - радиальное перемещение трубы технологического канала в конце срока проектной эксплуатации. Ширина пазов δ=2φR_вн(ΔL/L_вн/N. 3 ил.

t f

200

100

-I