BG61049B1

BG61049B1 - Горивен елемент на ядрен реактор

Info

Publication number: BG61049B1
Application number: BG98302A
Authority: BG
Inventors: Werner Meier; Josef Nagel; Peter Rau; Walter Sauermann
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1991-08-06
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1996-09-30
Also published as: UA27768C2; WO1993003487A1; CZ284693A3; BG98302A; DE4125945A1; RU2089944C1; CZ282610B6

Abstract

Елементът има фиксираща плоча (5) с надлъжен отвор (10), през който преминава фиксиращо стебло (8а,86), което приляга чрез застопоряващ зъб (11а,11б) към външната страна на фиксиращата плоча (5). Зъбът (11 а, 116) е монтиран радиално на намираща се на външната страна на плочата (5) блокираща пластина (9), на която е монтирана коаксиална спрямо стеблото (8а,86) и опираща се в края му покривна втулка (16а,166). Втулката (16а,166) преминава свободно през разположена над блокиращата пластина (9) опорна шайба (15), а една първа притискателна пружина (17а, 176) се опира на втулката (16а,166) и на опорната шайба (15). Една втора притискателна пружина (23) се опира на шайбата (15) и на пластината (9). Двете притискателни пружини (17а,17б и 23) са предварително натегнати чрез обтегач (14), който е закрепен на плочата (5), захванат към шайбата (15) и преминава свободно през нея.

Description

Изобретението се отнася до горивен елемент на ядрен реактор с вода под налягане, който елемент има две фиксиращи плочи и закрепено на тях фиксиращо стебло.

Известен е горивен елемент на ядрен реактор от такъв тип, по-специално от фиг.8 и 9 на DE 32 28 380. Фиксиращото стебло на този горивен елемент носи отвън, върху вътрешната страна на фиксиращата плоча, през чийто проходен отвор стеблото се захваща, едно опорно тяло за фиксиращата плоча. Върху външната страна на фиксиращата плоча, между тази външна страна и радиалния застопоряващ зъб извън фиксиращото стебло, се намира лежаща плоско блокираща пластина. Тази блокираща пластина има надлъжен отвор, през който се захваща фиксиращото стебло. Блокиращата пластина е монтирана подвижно на външната страна на фиксиращата плоча по посока на дългия диаметър на надлъжния отвор. Ако се премести тази блокираща пластина така, че фиксиращото стебло да се премести от единия край на най-дългия диаметър до другия край, където на фиксиращото стебло се намира излизащ странично от надлъжния отвор междинен шлиц за застопоряващия зъб, фиксиращата плоча може да се повдигне заедно с блокиращата пластина от фиксиращото стебло. При това застопоряващият зъб се придвижва през излизащия странично от надлъжния отвор междинен шлиц и през проходния отвор във фиксиращата плоча. В активната зона на един ядрен реактор с вода под налягане се намира поддържаща конструкция за един такъв горивен елемент на ядрен реактор. В тази поддържаща конструкция горивният елемент на ядрения реактор е закрепен както на фиксиращата плоча, образуваща пета на горивния елемент, така и на друга фиксираща плоча, образуваща глава на горивния елемент. За изравняване на различни топлинни разширения на поддържащата конструкция в активната зона, от една страна,и на горивния елемент на ядрения реактор в неговата надлъжна посока, от друга страна, по правило, върху образуващата главата на горивния елемент фиксираща плоча, на нейната външна страна, се намират съоръ жения, които са подвижни спрямо пружинираща сила и за които се захваща поддържащата конструкция в активната зона на ядрения реактор с вода под налягане.

Задачата на изобретението е да се предложи горивен елемент на ядрен реактор, който при предварително зададена поддържаща конструкция в активната зона на един ядрен реактор с вода под налягане и при зададена номинална мощност на този реактор да предизвика възможно най-малка плътност в тази активна зона.

За решаването на тази задача горивният елемент от описания в началото вид има две фиксиращи плочи и закрепващо се на тях фиксиращо стебло, чиято надлъжна ос е перпендикулярна на двете фиксиращи плочи. Стеблото има на единия си край, който преминава през проходен отвор на едната фиксираща плоча, радиален застопоряващ зъб, на който се захваща намираща се на външната страна на фиксиращата плоча блокираща пластина.

Съгласно изобретението проходният отвор във фиксиращата плоча представлява надлъжен /продълговат/ отвор с намиращи се на единия край на най-дългия диаметър на надлъжния отвор фиксиращи стебла. Застопоряващите зъби на фиксиращите стебла прилягат към външната страна на фиксиращата плоча и са монтирани радиално на блокиращата пластина.

Към всяко фиксиращо стебло е предвидена покривна втулка, която е подвижна в надлъжно направление и коаксиална на фиксиращото стебло, като се опира върху края на стеблото чрез застопоряващия зъб. Покривната втулка преминава свободно през разположената над блокиращата пластина опорна шайба и има първа притискаща пружина, която с единия си край се опира на покривната втулка, а с другия си край - опорната шайба.

Също така, предвидена е и втора притискаща пружина, която с единия си край е опряна на опорната шайба, а с другия си край - на блокиращата пластина ,като двете притискащи пружини са натегнати предварително чрез обтегач, закрепен на фиксиращата плоча и захванат към опорната шайба, като преминава свободно през нея.

По-нататък, покривната втулка, предвидена към разположеното централно на №11 горивния елемент стебло, е снабдена с коаксиална и аксиално подвижна съединителна втулка, която преминава свободно през опорната шайба и обхваща обърнатата към блокиращата пластина долна страна на опорната шайба и на която се опира с единия си край първата притискаща пружина.

Притискащите пружини са направени за предпочитане от сплав на никелова основа.

Предимствата на изобретението се състоят в това, че при тази конструкция монтажът върху съответната фиксираща плоча може да се извърши със сравнително малка конструктивна височина. Затова при предварително зададена поддържаща конструкция в активната зона на ядрен реактор с вода под налягане, горивните стебла на горивния елемент могат да имат сравнително голяма дължина, така че с този горивен елемент да се получи относително незначителна плътност на мощността в активната зона. Тази относително незначителна плътност на мощността означава сравнително незначителна температура на външната повърхност на горивните стебла, така че със сигурност може да се предотврати кипенето на външната повърхност на тези горивни стебла. Затова горивните стебла на външните повърхности, на техните изработени по правило от циркониеви сплави обвивни тръби, имат относително незначителна корозионност и относително незначителна способност за поглъщане на водород, така че горивният елемент на ядрения реактор има сравнително голяма дълготрайност /продължителност на използване/ в един ядрен реактор с вода под налягане.

Изобретението и неговите предимства се поясняват по-подробно с помощта на фигурите, показващи едно примерно изпълнение, от които:

фигура 1 показва силно схематизиран страничен поглед на горивен елемент на ядрен реактор съгласно изобретението;

фигура 2 - надлъжен разрез на горивния елемент съгласно фиг. 1;

фигура 3 - в разрез поглед отгоре, съответстващ на пунктираната линия Ш-Ш от фиг.2.

Горивният елемент на ядрен реактор съгласно фиг. 1 е подходящ за ядрен реактор с вода под налягане и има пета на горивния елемент 2 и глава на горивния елемент 3, намиращи се на разстояние помежду си. Петата на горивния елемент 2 има фиксираща плоча 4, а главата на горивния елемент 3- фиксираща плоча 5. Фиксиращите плочи 4 и 5 са паралелни една спрямо друга. Между техните вътрешни стени се намират напълнени с горивно вещество горивни стебла /пръти/, от които е изобразено едно горивно стебло 6. Това горивно стебло 6 е паралелно на надлъжната ос 7 на горивния елемент на ядрения реактор. Краищата на стеблото 6 се намират на разстояние от фиксиращите плочи 4 и 5. Две също паралелни на надлъжната ос 7 на горивния елемент на ядрения реактор, оформени като фиксиращи тръби, фиксиращи стебла, 8а и 8б, имат надлъжна ос, която е перпендикулярна на фиксиращата плоча 4 на петата на горивния елемент 2 и на фиксиращата плоча 5 на главата на горивния елемент 3. С единия си край фиксиращите стебла 8а и 86 се закрепват към петата на горивния елемент 2, а с другия си край - към петата на горивния елемент 2, а с другия си край - към главата на горивния елемент 3.

Между вътрешните страни на фиксиращите плочи 4 и 5, в напречните равнини на горивния елемент на ядрения реактор, по направление на надлъжната му ос 7 са разположени на разстояние един от друг решеткообразни разпъващи елементи 29, изобразени схематично на фиг.1. Всяко от двете фиксиращи стебла 8а и 86 е прекарано през отвор на решеткообразния разпъващ елемент 29 и тези решеткообразни разпъващи елементи 29 са укрепени, благодарение на своята форма, към най-малко едно от фиксиращите 8а и 86. Горивното стебло 6 е прекарано през друг отвор на решеткообразния разпъващ елемент 29 и се закрепва силово в този отвор с помощта на радиално действаща пружина, която се намира на едната страна на отвора и притиска горивното стебло 6 към две, намиращи се също в отвора, върху двете му други стени неподвижни удебеления.

Както показва фиг.2, н която еднаквите части са отбелязани със същите позиции както на фиг.1, двете фиксиращи стебла 8а и 86 са завинтени неподвижно към фиксиращата плоча 4 на петата на горивния елемент 2 в единия си край, в който те имат по един отвор с малко напречно сечение.

Главата на горивния елемент 3 има не

само фиксиращата плоча 5, но и лежаща върху външната страна на фиксиращата плоча 5 блокираща пластина 9.

С другия си отворен край фиксиращите стебла 8а и 86 преминават през един надлъжен отвор 10 във фиксиращата плоча 5. Надлъжните отвори 10 във фиксиращата плоча 5 имат паралелни или дори съосни най-дълги диаметри.

На фиг.2 двете фиксиращи стебла 8а и 8б се намират в единия край на най-дългия диаметър на съответния надлъжен отвор 10. Там тези две фиксиращи стебла прилягат чрез представляващия застопоряващ зъб външен фланец 11а, респ. 116 към външната страна на фиксиращата плоча 5. В другия край на най-дългия диаметър на надлъжните отвори 10, напречното сечение на тези надлъжни отвори 10 е толкова голямо, че външните фланци 11а, респ. 116 могат да се придвижват външно на фиксиращите стебла 8а и 86.

На обърнатата към фиксиращата плоча 5 вътрешна страна на блокиращата пластина 9 са оформени букси 12а и 126, в които преминават във фиксиращата плоча 5 паралелни на надлъжната ос 7, проходни отвори 13а и 13б. Освен това е предвиден подпиращ се на вътрешната страна на фиксиращата плоча 5 и паралелен на надлъжната ос 7 на горивния елемент на ядрения реактор обтегач 14, който е закрепен към фиксиращата плоча и преминава свободно през блокиращата пластина 9 и намираща се над тази блокираща пластина 9 опорна шайба 15. На горната, необърната към блокиращата пластина 9 страна на тази опорна шайба 15, върху обтегача 14 е завинтена гайка 14а, която приляга към опорната шайба 15. Освен това опорната шайба 15 е снабдена със затворен праг 15а, чрез който тази опорна шайба 15 обхваща свободно страничната повърхнина на блокиращата пластина 9. По този начин опорната шайба 15 се води от блокиращата пластина 9. Намиращите се отвън на фиксиращите стебла 8а и 86 външни фланци 11а, респ.116, които прилягат към външната страна на фиксиращата плоча 5 и по този начин образуват застопоряващи зъби, се намират във вътрешността на буксите 12а, 12б и така са вкарани радиално в блокиращата пластина 9. Във вътрешността на буксата 12а и на проходния отвор 13 а в блокиращата пластина 9 е прекарана коаксиална на фиксиращото стебло 8а, отворена в двата си края и подвижна в надлъжно направление, покривна втулка 16а. Тази покривна втулка 16а преминава свободно през опорната шайба 15 и се опира върху края на стеблото 8а чрез образуващия застопоряващ зъб външен фланец 11а. Една, представляваща спирална пружина, притискаща пружина 17а обхваща покривната втулка 16а и се опира с единия си край на обърнатата към блокиращата пластина 9 долна страна на опорната шайба 15, а с другия си край - към външния фланец 18а, отвън на покривната втулка 16а.

Във вътрешността на проходния отвор 13а се намира само 19а, оформено като опорно място за външния фланец 18а на покривната втулка 16а върху блокиращата пластина 9. Това образувано от рамото 19а опорно място ограничава възможността за придвижване на покривната втулка 16а в надлъжно направление към фиксиращата плоча 5. По подобен начин външният фланец 116 е разположен радиално отвън на фиксиращата тръба 86 в буксата 126 на блокиращата пластина 9. Във вътрешността на букса 126 и на проходния отвор 136 в блокиращата пластина 9, подобно на покривната втулка 16а в проходния отвор 13а, е разположена отворена в двата си края покривна втулка 166, която е коаксиално на фиксиращото стебло 86. Покривната втулка 166 има отвън съответен на външния фланец 18а на покривната втулка 16а външен фланец 186, само че опорното рамо 196, съответстващо на опорното рамо 19а, за този външен фланец 18б се намира в буксата 12б.

Покривната втулка 166 с единия си край се опира върху прекарания във фиксиращата плоча 5 край на фиксиращото стебло 86, а отвън на другия си край тя е снабдена с коаксиална, придвижваща се в аксиално направление съединителна втулка 20, която преминава свободно през опорната шайба 15 и обхваща обърнатата към блокиращата пластина 9 долна страна на опорната шайба 15 с външен фланец 21. По-нататък на този външен фланец 21 се опира единият край на една, обхващаща покривната втулка 166 и оформена като спирална пружина, притискаща пружина 17б, чийто друг край се опира на външния фланец 186 в покривната втулка 166.

Накрая е предвидена още една, предста5

Hi вляваща спирална пружина, притискаща пружина 23, която с единия си край се опира в едно гнездо на долната страна на опорната шайба 15, а с другия си край в едно гнездо на горната страна на блокиращата пластина 9. 5 Тази притискаща пружина 23 може също да обхваща една покривна втулка заедно с прилежащата притискаща пружина.

Притискащите пружини 17а, 17б и 23 са направени за предпочитане от сплав на 10 никелова основа с търговско обозначение Inconel 718. Inconel 718 има следния състав на сплавта в тегл.%: 50 до 55 Ni, 17 до 21 Сг,2,8 до 3,3 Мо 4,75 до 5,5 Nb+Ta, 0,65 до 1,15 Ti,0,2 до 0,8 А1, максимално 0,08 С, макси- 15 мално 0,1 Co, максимум 0,006 В, максимум 0,35 Мп, максимум 0,35 Si, максимум 0,3 Си, максимум 0,015 Р, макс. 0,015 S, а останалото е желязо. Една спирална пружина от тази сплав може да се изработи много къса и с много малък 20 диаметър.

Опорната шайба 15 трябва да се придвижва противно на пружината сила на притискателните пружини 17а, 17б и 23 към фиксиращата плоча 5, така че на тази опорна шайба 25 да може да се захваща подаьржащата конструкция в активната зона на един ядрен рекатор от типа с вода под налягане, в който горивният елемент на ядрения реактор е монтиран в петата на горивния елемент 2 и в главата на 30 горивния елемент 3.

За демонтиране на фиксиращата плоча 5 от фоксиращите стебла 8а и 86 се захваща с инструмент между фиксиращата плоча 5 и блокиращата пластина 9 и се разширява раз- 35 стоянието между тях до тогава, докато краищата на фиксиращите стебла 8а и 86 с разположение отвън външни фланци 11а и 116 се изтеглят от буксите 12а и 126 по посока на надлъжната ос 7 на горивния елемент на 40 ядрения реактор. При това външните фланци 18а и 186 прилягат отвън на покривните втулки 16а и 166 върху опорните рамена 19а и 196 на блокиращата пластина 9 и покривните втулки 16а и 166 не могат да се движат навън от 45 буксите 12а, респ.12б и от проходните отвори 13а, респ. 136. От друга страна обаче цялата глава на горивния елемент 3 с фиксиращата плоча 5, блокиращата пластина 9 и опорната шайба 15, които са свързани чрез обтегача 14, 50 могат да се придвижват напречно на фиксиращите стебла 8а и 86, докато фиксиращите стебла 8а и 86 се движат в надлъжните отвори 10 от единия до другия край на най-дългия диаметър. В този друг край напречното сечение на всеки надлъжен отвор 10 е толкова голямо, че краищата на фиксиращите стебла 8а и 86 с външно разположение външни фланци 11а и 116 се измъкват от съответния надлъжен отвор 10 и могат да извадят от тези краища на тръбите главата на горивния елемент 3 заедно с фиксиращата плоча 5.

Чрез покривната втулка 16а може в един ядрен реактор с вода под налягане да има достъп от опорната шайба 15 до управляващото стебло във фиксиращото стебло 8а, което принадлежи на управляващия елемент.

Чрез покривната втулка 16б във фиксиращата тръба 86 се вкарва измервателен инструмент. Съединителната втулка 20 може да захване пружиниращо падащия управляващ елемент при бързо изключване на ядрения реактор с вода под налягане.

Claims

1. Горивен елемент на ядрен реактор с две фиксиращи плочи и закрепващо се на двете фиксиращи плочи фиксиращо стебло, чиято надлъжна ос е перпендикулярна на двете фиксиращи плочи и което стебло на единия си край, с който преминава през проходен отвор в едната фиксираща плоча, излиза от вътрешната страна на плочата и има отвън радиален застопоряващ зъб, на който се захваща намираща се на външната страна на фиксиращата плоча блокираща пластина, характеризиращ се с това, че проходният отвор във фиксиращата плоча /5/ представлява надлъжен отвор /10/ с намиращи се на единия край на най-дългия диаметър на този надлъжен отвор /10/ фиксиращи стебла /8а и 86/, че застопоряващите зъби /11а и 116/ на фиксиращите стебла /8а,8б/ на този край на най-дългия диаметър на надлъжния отвор /10/ прилягат на външната страна на фиксиращата плоча /5/, че застопоряващите зъби /11а и 116/ са монтирани радиално на блокиращата пластина /9/, че един край на една, монтирана в блокиращата пластина /9/, подвижна в нейното надлъжно направление, коаксиална на фиксиращото стебло /8а, 86/ покривна втулка /16а, 166/ се опира върху края на стеблото със застопоряващия зъб /1 la, 116/, че покривната втулка /16а, 166/ преминава свободно през разположената над блокиращата пластина /9/ опорна шайба /15/ и има първа притискаща пружина /17а,17б/, която с единия си край се опира на покривната втулка /16а, 166/, а с другия си край - на опорната шайба /15/, че втората притискаща пружина /23/ с единия си край се опира на опорната шайба /15/, ас другия си край - на блокиращата пластина / 9/, като двете притискащи пружини /17а,17б/ и /23/ са натегнати предварително чрез един обтегач /14/, който е закрепен на фиксиращата плоча /5/ и който е захванат към опорната шайба /15/ и преминава свободно през нея и че ограничаващо придвижването на покривната втулка /16а,16б/ в надлъжно направление към фиксиращата плоча /5/ опорно място /19а, 196/ е разположено до блокиращата пластина /9/ или до опорната шайба /15/.

2. Горивен елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че покривната втулка /166/ отвън е снабдена с коаксиална, придвижваща се в аксиално направление съединителна втулка / 20/, която преминава свободно през опорната шайба /15/ и обхваща обърнатата към блоки5 ращата пластина /9/ долна страна на опорната шайба /15/ и на която се опира с единия си край първата притискаща пружина /176/.

3. Горивен елемент на ядрен реактор съгласно претенции 1 или 2, характеризиращ

10 се с това, че опорната шайба /15/ обхваща свободно страничната повърхност на блокиращата пластина /9/ чрез един затворен праг /15а/.

4. Горивен елемент на ядрен реактор 15 съгласно претенции 1 или 2, характеризиращ се с това, че най-малко една от притискащите пружини /17а, 176,23/ е направена от сплав на никелова основа.

5. Горивен елемент на ядрен реактор 20 съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че сплавта на никелова основа е Inconel 718.