ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Советский патент 1996 года по МПК G21C7/22 

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к исполнительным механизмам управления и защиты ядерного реактора.

Известен исполнительный механизм управления и защиты ядерного реактора, содержащий канал регулирования, в котором размещен с возможностью осевого перемещения с помощью привода, установленного на головке канала, поглощающий стержень, охлаждаемый жидкостью (водой). Для увеличения скорости перемещения поглощающего стержня в канале регулирования образованы газовые полости, в которые газ подается из внешнего газового контура. Исполнительный механизм снабжен газожидкостным клапаном, установленным на головке канала, пропускающим газ в канал и не выпускающим жидкость из канала. Внизу канала установлен дроссель слива. Охлаждающая жидкость поступает в полость головки канала и через регулятор направляется в зазор между каналом и стержнем. Затем образуется кольцевой слой (пленка) жидкости, который на определенной высоте переходит в сплошной столб. После дросселя слива жидкость уходит на слив. При увеличении расхода охлаждающей жидкости уровень воды поднимается и при заполнении канала водой полностью газожидкостный клапан закрывается. При уменьшении расхода воды уровень опускается, в головке канала создается разрежение, и в канал начинает поступать газ из газовой системы через газожидкостный клапан. Газ проходит в образовавшиеся в канале полости.

Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие, объясняющееся тем, что для увеличения скорости перемещения поглощающего стержня необходимо затратить дополнительное время на вывод из канала лишней воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является исполнительный механизм управления и защиты ядерного реактора. Он содержит орган управления регулирующий стержень, состоящий из поглощающих звеньев и пленкообразователя охлаждающей жидкости, которая в активной зоне находится в виде столба определенной высоты над дросселем слива. Между каналом регулирования и регулирующим стержнем помещена разделительная труба с верхней и нижней развязками гидравлического и газового трактов. Между каналом регулирования и разделительной трубой образован кольцевой зазор для прохода газа. Канал регулирования выполнен из двух частей верхней и нижней, которые скреплены между собой соединителем. В головке устройства над каналом регулирования установлены привод с тягой и клапан для впуска газа. Втулка с горизонтальными жидкостепроводящими и вертикальными газопроводящими отверстиями надета сверху на разделительную трубку, в которой выполнены ответные жидкостепроводящие отверстия, внутри которых осуществляется соединение втулки и трубы. Втулка с рассекателями надета снизу на разделительную трубу и закреплена соединителем между верхней и нижней частями канала регулирования. Регулирующий стержень ниже пленкообразователя содержит среднее звено уменьшенного диаметра. Нижнее звено выполнено полым. В режиме стержневого управления регулирующий стержень вводится в активную зону и выводится из нее приводом. Охлаждающая вода поступает в головку канала, обтекает регулирующий стержень и уходит на слив через дроссель слива.

В режиме жидкостного управления производится изменение столба жидкости. Уровень, на котором течение жидкости тонким слоем переходит в течение сплошным столбом, определяется расходом жидкости (при стабильном давлении газа над столбом). Пленка жидкости, пройдя нижнюю часть разделительной трубы, обтекает выступы рассекателя, не заливая поверхности с отверстиями, которые сообщают газовое пространство под пленкообразователем с кольцевым зазором, образованным каналом регулирования и разделительной трубкой, и далее с внешним газовым контуром через клапан. Газ из клапана проходит через газопроводящие отверстия, указанный кольцевой зазор, зазор между каналом и средним звеном стержня, внутреннюю полость нижнего звена и попадает в полость над уровнем, обеспечивая стабильное давление и стабильность характеристик.

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность из-за сложности конструкции и неоптимальной организации течения жидкостных и газовых потоков. Сложность конструкции определяется наличием длинной (7-9 м в энергетическом уран-графитовом реакторе) разделительной трубы; выполнением канала регулирования из двух частей с необходимостью обеспечения герметичного их соединения; сложным переплетением гидравлического и газового трактов. И сложность изготовления, и сложность развязки гидравлического и газового трактов могут привести к нарушению правильности функционирования всего механизма, в частности к снижению скорости аварийного ввода органа управления в активную зону и ухудшению вентилирования и отвода радиолитических газов. Кроме того, при размещении газовпускного канала в головке канала остается пространство (полость силового барабана сервопривода), которое не вентилируется совсем и где может скопиться радиолитический водород в нежелательной концентрации.

Целью изобретения является повышение надежности исполнительного механизма путем улучшения организации его проточной части, т.е. улучшения течения жидкостных и газовых потоков.

Цель достигается тем, что в известном механизме управления и защиты ядерного реактора, содержащем канал управления активной зоны, соединенный с гидравлическим и газовым внешним трактами, в верхней части которого расположена втулка с отверстиями в боковой поверхности для прохода воды, при этом в канале установлен регулирующий орган, соединенный тягой с сервоприводом, имеющим газовую полость и расположенным над втулкой, втулка снабжена вставкой с осевым сквозным отверстием для прохода газа и тяги сервопривода и установлена относительно канала с зазором, при этом верхний конец осевого отверстия сообщен через газовую полость сервопривода с внешним газовым трактом.

Кроме того, целью изобретения является повышение надежности за счет исключения тупиковых газовых объемов с водородом, которая достигается тем, что исполнительный механизм снабжен газожидкостным клапаном, соединенным с газовой полостью сервопривода.

Кроме того, целью изобретения является упрощение изготовления, которое достигается выполнением вставки составной в виде кольцевой втулки и цилиндра с осевым сквозным отверстием в виде паза в боковой поверхности.

В предлагаемом исполнительном механизме достигнуто упрощение устройства: вместо длинной (7-9 м) разделительной трубы применена короткая (приблизительно 1 м) цилиндрическая вставка. Канал становится единым, так как лишняя развязка отсутствует и нет необходимости что-то закреплять в самом канале: намного проще организован ход жидкости и газа: жидкость, войдя снаружи в трубу канала, идет в ней кольцевым сечением сначала благодаря наличию цилиндрической вставки, затем в виде пленки, наконец, в зазоре между стержнем и каналом. Газ проходит через весь механизм в осевом направлении: канал полость сервопривода осевое отверстие для газа полость внутри пленки. Благодаря такому выполнению исполнительного механизма достигается надежное разделение газового и гидравлического трактов и обеспечение ими своих функций. Охлаждающая жидкость, проходя через горизонтальные отверстия втулки, с помощью цилиндрической вставки направляется в кольцевой зазор между вставкой и трубой канала управления, выходя из него в виде тонкого кольцевого вертикально текущего по стенке трубы канала слоя.

Газ беспрепятственно, не перемешиваясь с охлаждающей водой, проходит из газового контура через газовпускной клапан, газовую полость барабана сервопривода, осевое отверстие во вставке, газовую полость между вставкой и регулирующим органом, сквозной канал в регулирующем органе, полость между органом управления и нижним столбом жидкости. В результате осуществляется надежное охлаждение канала, надежное вентилирование газовых полостей, ничто не препятствует быстрому перемещению органа управления, особенно необходимому при аварийном вводе его в активную зону.

На фиг. 1 изображен исполнительный механизм, общий вид; на фиг. 2 его верхняя часть; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 2.

Исполнительный механизм содержит регулирующий орган 1, размещенный в канале управления 2 активной зоны и соединенный тягой 3 с сервоприводом 4, установленным на головке 5 канала 2. Канал управления 2 соединен с гидравлическим и газовым трактами охлаждающей воды и вентилирующего газа через втулку 6 с радиальными отверстиями 7 для прохода воды и размещенной в ней цилиндрической вставкой 8 с осевым сквозным отверстием 9 для прохода гада и тяги 3. Вставка 8 установлена с кольцевым зазором 10 для прохода воды относительно канала управления 2. Верхний конец отверстия 9 сообщен через газовую полость 1 барабана 12 сервопривода 4 с газовым трактом, а нижний с полостью над торцом регулирующего органа 1. Сервопривод 4 канала управления 2 снабжен газовпускным клапаном 13, который соединен с его газовой полостью 11. Вставка 8 может быть выполнена из двух частей: кольцевой втулки 14 и опертого на нее соосного цилиндра 15 с вертикальным пазом 16 для прохода газа и тяги 3 привода 4. Сбоку паз 16 может быть частично закрыт планкой 17. Вся сборка фиксируется в канале 2 с помощью штифта 18.

Устройство работает следующим образом.

Регулирующий орган 1 удерживается в заданном положении по высоте активной зоны (на фиг.1 показано самое верхнее его расположение, характерное для исполнительного механизма аварийной защиты). Охлаждающая жидкость, пройдя через отверстия 7 втулки 6, с помощью вставки 8 и каналом управления 2, выйдя из него в виде кольцевого слоя, вертикально текущего по стенке канала управления 2 через весь исполнительный механизм. Газ проходит из внешнего газового контура через газовпускной клапан 12, газовую полость 11 сервопривода 4, осевое сквозное отверстие 9 вставки 8, газовую полость между вставкой 8 и верхним торцом регулирующего органа 1, осевой сквозной канал в регулирующем органе 1, полость под нижним торцом регулирующего органа 1. При необходимости переместить регулирующий орган 1 включается сервопривод 4 и орган 1 надежно перемещается в газовых полостях, ничто не мешает его передвижению. Охлаждающаяся жидкость по-прежнему движется по стенке канала 2, а газ заполняет его центр, заодно вентилируя его от радиолитических газов.

По сравнению с прототипом заявленный исполнительный механизм управления и защиты ядерного реактора имеет более простую конструкцию, что позволяет повысить его надежность. Кроме того, по сравнению с известными исполнительными механизмами управления и защиты ядерного реактора заявленный исполнительный механизм позволяет существенно (в 4-5 раз) снизить продолжительность аварийного перемещения стержня за счет исключения сопротивления жидкости. В нем заметно (на ЗО%) выше поглощающая способность за счет исключений паразитного поглощения нейтронов охлаждающей водой, которая течет в активной зоне тонким (1-2 мм) слоем. При использовании предлагаемого механизма решается задача повышения безопасности реакторов за счет повышения быстродействия системы аварийной остановки реактора. ЫЫЫ2

///1 Использование: изобретение относится к ядерной энергетике и позволяет повысить надежность исполнительного механизма путем улучшения организации течения жидкостных и газовых потоков. Сущность изобретения: исполнительный механизм содержит регулирующий орган 1, размещенный в канале управления 2 активной зоны и соединенный тягой 3 с сервоприводом 4, установленным на головке 5 канала 2. Канал управления 2 соединен с гидравлическим и газовым трактами охлаждающей воды и вентилирующего газа и снабжен развязкой этих трактов. Развязка трактов выполнена в виде втулки 6 с радиальными отверстиями 7 для прохода воды и размещенной в ней цилиндрической вставкой 8 с осевым сквозным отверстием 9 для прохода газа и тяги 3. Радиальные отверстия 7 во втулке 6 выполнены дросселирующими. Вставка 9 установлена с кольцевым зазором 10 для прохода воды относительно канала управления 2. Верхний конец отверстия 9 сообщен через газовую полость 11 барабана 12 сервопривода 4 с газовым трактом, а нижний - с полостью над торцом регулирующего органа 1. Сервопривод 4 канала управления 2 снабжен газовпускным клапаном, который соединен с его газовой полостью 11. Вставка 8 может быть выполнена из двух частей: кольцевой втулки и опертого на нее соосного цилиндра с вертикальным пазом для прохода газа и тяги 3 привода 4. Сбоку паз может быть частично закрыт планкой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Исполнительный механизм управления и защиты ядерного реактора, содержащий канал управления активной зоны, соединенный с гидравлическим и газовым внешним трактами, в верхней части которого расположена втулка с отверстиями в боковой поверхности для прохода воды, при этом в канале установлен регулирующий орган, соединенный тягой с сервоприводом, имеющим газовую полость и расположенным над втулкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности исполнительного механизма путем улучшения организации течения жидкостных и газовых потоков, втулка снабжена вставкой с осевым сквозным отверстием для прохода газа и тяги сервопривода и установлена относительно канала с зазором, при этом верхний конец осевого отверстия сообщен через газовую полость сервопривода с внешним газовым трактом. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения тупиковых газовых объемов с водородом, он снабжен газожидкостным клапаном, соединенным с газовой полостью сервопривода. 3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления, вставка выполнена составной в виде кольцевой втулки и цилиндра с осевым сквозным отверстием в виде паза в боковой поверхности.