BG61115B1 - Елемент на ядрен реактор, по-специално абсорбционен елемент - Google Patents

Abstract

Елементът има надлъжно разположен кожух (4), в който има коаксиален водещ канал (6) за свободно вкарване на щанга (7), а на долния му край има коаксиално кухо тяло като пета на елемента (3) с профилен фиксиращ елемент за глава на горивния елемент (30), към която е фиксирана щангата (7). За осигуряване на застопоряването във вътрешния канал (6) е разположен съединител за свободния ход на щангата (7), а профилният фиксиращ елемент е предназначен за блокиране на главата на горивния елемент (30) срещу изваждане на петата на елемента (3) в направление на надлъжната ос (4а) от кожуха (4) и петата на елемента (3) чрез профилно съединение.

Description

Изобретението се отнася до един елемент на ядрен реактор, по-специално абсорбционен елемент, с надлъжно разположен кожух. В елемента е образуван коаксиален на кожуха водещ канал за свободно вкарване на щанга, която се зацепва към главата на горивния елемент имащ горивни стебла с ядрено гориво, горивен елемент на ядрен реактор, както и с една намираща се на същия долен край на кожуха пета на елемента, която представлява коаксиално на кожуха кухо тяло и има профилен фиксиращ елемент за главата на горивния елемент.

Известен е елемент на ядрен реактор, конструиран като абсорбционен елемент, описан в “Nuclear Engineering International Special Publications, Fuel Review, p. 50, 91. При този абсорбционен елемент петата е свързана твърдо към кожуха, а профилният фиксиращ елемент е един надлъжен шлиц за поместване на намиращ се на главата на горивния елемент на ядрения реактор радиален щифт. Този надлъжен шлиц е отворен на обърнатия към кожуха краен ръб на петата на елемента. В един ядрен реактор вкараната през водещия канал щанга е закачена вертикално на горния край, докато долният край е зацепен с байонетен съединител в главата на горивния елемент към горивния елемент на ядрения реактор, така че горивният елемент на ядрения реактор е окачен на щангата под абсорбционния елемент. По този начин абсорбционният елемент и горивният елемент на ядрения реактор са ориентирани въртеливо един спрямо друг чрез радиалния щифт в надлъжния шлиц на петата на елемента от абсорбционния елемент, обаче ако откаже или се повреди съединението в главата на горивния елемент на ядрения реактор, в ядрения реактор може да падне горивният елемент на ядрения реактор сам или заедно с абсорбционния елемент. Съществува опасност от повреда на горивния елемент на ядрения реактор. Ако абсорбционният елемент падне заедно с горивния елемент, той достига нежелано до позицията си на изключване в реакторното ядро и води до намаляване на мощността в ядрения реактор. Ако абсорбционният елемент вследствие на фрикционната връзка например остане извън позицията на изключ ване в реакторното ядро, то в последното на мястото на падналия горивен елемент на ядрения реактор се намира само вода, като забавяща субстанция. Това води до нежелано повишаване на мощността на останалите все още в реакторното ядро горивни стебла. Също така, когато при нормално вкарване на абсорбционния елемент в реакторното ядро например поради фрикционната връзка той остава да виси, докато зацепеният на щангата горивен елемент на ядрения реактор - както на това се разчита - се изважда от реакторното ядро.

Изобретението си поставя за задача да изключи повреди от подобен вид.

За решаването на тази задача един елемент на ядрен реактор от споменатия по-горе вид съгласно изобретението се характеризира с това, че към водещия канал във вътрешността на кожуха е предвиден съединител за свободен ход, който противодейства на изваждането на щангата от горния край на кожуха в надлъжно направление на този кожух чрез силова динамична връзка между щангата и надлъжно разположения кожух, и че профилният фиксиращ елемент на петата на елемента е пригоден да блокира изтеглянето на главата на горивния елемент от петата на елемента по направление на надлъжната ос на кожуха и да фиксира чрез профилно съединение (сглобка) петата на елемента. Съединителят за свободен ход предотвратява свободното падане на елемента на ядрения реактор (абсорбционният елемент) в реакторното ядро по протежение на щангата, докато профилният фиксиращ елемент на петата на щангата образува с придадения на горивния елемент на ядрения реактор профилен фиксиращ елемент, профилно съединение (сглобка) между елемента на ядрения реактор и горивния елемент на ядрения реактор, така че горивният елемент на ядрения реактор е окачен допълнително на елемента на ядрения реактор и не може да се освободи от него.

Поставеното за цел разделяне на елемента на ядрения реактор (абсорбционен елемент) от горивния елемент на ядрения реактор може да се постигне по принцип чрез това, че профилното съединение (сглобка) между елемента на ядрения реактор (абсорбционния елемент) и горивния елемент на ядрения реактор се освободи отново и след това елементът на ядрения реактор (абсорбционният елемент) се изтегли надлъжно на щангата от горивния елемент на ядрения реактор.

С друго конструктивно решение, при което съединителят за свободен ход е снабден с поставено в кожуха устройство с температурен датчик, което освобождава реверсивно (обратимо) силовата връзка между кожуха и щангата, когато температурата на температурния датчик е по-малка от предварително зададена стойност, е създадена възможност при изключен и по-нататък студен реактор, например чрез завъртане на щангата около надлъжната й ос, първо да се освободи съединението на щангата с главата на горивния елемент на ядрения реактор и след това щангата да се извади от ядрения реактор чрез абсорбционния елемент. Накрая с помощта на повдигателен механизъм могат да се изтеглят от ядрения реактор първо абсорбционният елемент и след това-горивният елемент на ядрения реактор.

Изобретението и неговите предимства се поясняват по-подробно с помощта на едно примерно изпълнение, показано на приложените фигури, от които:

фигура 1 представлява перспективно изображение и частичен разрез на един абсорбер съгласно изобретението, свързан с горивен елемент на ядрен реактор;

фигура 2 - разделена на разрезите 2А и 2В - разрез в надлъжен на абсорбционния елемент съгласно фиг. 1;

фигура 3 - видоизменена отделна част на абсорбционния елемент съгласно фиг. 1 и фиг.2.

Абсорбционният елемент 2 съгласно фигури 1 и 2 има оформена като кух цилиндър пета 3 на елемента. Върху тази оформена като кух цилиндър пета 3 на елемента е разположен коаксиално и на разстояние от петата 3 на елемента, състоящ се от кухо тяло, надлъжно разположен кожух 4. Тази пета 3 на елемента е лагерувана с възможност за завъртане около своята надлъжна ос в кожуха 4 и чрез лагерна връзка извън повърхността на кожуха на петата 3 на горивния елемент се поддържа неподвижна в направление на надлъжната ос 4а на кожуха 4. По-нататък между петата 3 на елемента и кожуха 4 са разположени един над друг и коаксиално помежду си пръстени 41 от силно абсорбиращ неутроните материал и те се задържат вътре в кожуха 4.

Докато петата 3 на елемента се показва с долния си край извън долния край на кожуха 4, горният край на петата 3 на елемента се намира във вътрешността на кожуха 4, в близост до горния му край.

На този горен край тази пета 3 на елемента носи съединителя за сводобен ход. Този съединител за свободен ход съответства на водещ канал 6 за една щанга 7, който се намира във вътрешността на петата 3 на елемента и е коаксиален на петата 3 на елемента и кожуха 4.

Съединителят за свободен ход има три свободни фиксиращи тела 8, които са например еднакво големи сфери и само едно единствено фиксиращо тяло 8 е показано на фигури 1 и 2. Тези сфери със своите сферични централни точки се намират винаги една спрямо друга в една напречна равнина на петата 3 на елемента.

И трите фиксиращи тела 8 имат еднакви ъглови отстояния едно спрямо друго по отношение на надлъжната ос 4а на кожуха 4. По-нататък всяко от тези свободни фиксиращи тела 8 се търкаля върху представляваща наклонена равнина повърхност на търкаляне 9, която е разположена върху вътрешната страна на петата 3 на елемента, в близост до горния край на кожуха 4. Всяка от наклонените равнини е наклонена под еднакъв ъгъл спрямо надлъжната ос 4а на кожуха 4 и в едно и също напречно сечение на кожуха 4, разстоянието на наклонените равнини до надлъжната ос 4а на кожуха 4 са еднакви. По-нататък разстоянието между наклонените равнини и надлъжната ос 4а на кожуха 4 намалява постепенно по посока на горния край на кожуха 4, така че фиксиращите тела 8 могат да се търкалят също на разстояние от надлъжната ос 4а на кожуха 4 върху наклонените равнини в посока на тази надлъжна ос 4а, което разстояние постепенно намалява по посоката на горния край на кожуха 4.

Всяка наклонена равнина на обърнатия си към долния край на кожуха 4 край е покрита с покривно тяло 10, закрепено на вътрешната страна на петата 3 на елемента. Между покривното тяло 10 и съответното фиксиращо тяло 8 е запъната оформена като спирала пружина 11, чиято надлъжна ос е паралелна на надлъжната ос 4а на кожуха 4. Тази пружина 11 е напрегната и с единия си край се опира на покривното тяло 10, а с другия си край-към свободното фиксиращо тяло 8.

Един температурен датчик се състои от надлъжно разположено биметално тяло, което е образувано от две тръби, които са коаксиални една на друга и на кожуха 4 и по този начин-към петата 3 на елемента. Вътрешната тръба кат(? второ метално тяло 13 има по-голям топлинен коефициент на разширение в сравнение с външната тръба, означена като първо метално тяло 12, в което се намира вътрешната тръба. Освен това вътрешната тръба образува една част от водещия канал 6, който е предназначен за щангата 7. Докато двете тръби са закрепени една към друга в единия си край, външната тръба в другия си край е закрепена към обърнатата към долния край на кожуха 4 страна на покривното тяло 10. Другият край на вътрешната тръба има по едно захващащо тяло 14 за всяко фиксиращо тяло 8, което се захваща свободно над повърхността на търкаляне 9 и захваща отзад въпросното фиксиращо тяло 8 между горния край на кожуха и 4 и това фиксиращо тяло 8.

По-нататък вътрешната тръба има проходен прозорец 15 за всяко фиксиращо тяло 8, който прозорец представлява разположен по направление на надлъжната ос 4а на кожуха 4 надлъжен отвор, през който съответното прокарано в проходния прозорец 15 фиксиращо тяло 8 може силово да се сглоби към щангата. Целесъобразно е всяко фиксиращо тяло 8 да бъде изработено от особено твърд материал, например сплав от желязо-хром-молибден и да има набраздена външна повърхност.

В края на петата 3 на елемента, в горния край на кожуха 4, се намира муфа 16, която е разположена коаксиално на кожуха 4 и на петата 3 на елемента, като участва при образуването на водещия канал 6. Тази муфа 16 има издадени навън три перки 17, които сключват един и същи ъгъл по отношение на надлъжната ос на муфата 16. Тези перки 1Ί водят свободно (с хлабина) муфата 16 в петата 3 на елемента. Върху тези перки 17 е разположена една спирална пружина 18, която с единия си край се подпира на трите перки 17, а с другия си край се подпира на рамо 19 върху вътрешната повърхност на петата 3 на елемента. Поне една от перките 17 има езиче 20, с което се захваща свободно с излизащ от ръба на края на петата 3 на елемента, надлъжен шлиц 21.

По-нататък всяка перка 17 образува насочена към горния край на кожуха 4 подпора 22.

Подпорите 22 завършват в един коаксиален на кожуха 4 пръстен 23, който е лагеруван свободно в глава 24. Главата 24 е разположена в горния край на кожуха 4 и е завинтена стабилно с винт 25 към този кожух 4.

Отвън на пръстена 23 е разположено поне едно ребро 26, което се зацепва в надлъжен шлиц 26а, излизащ от крайния ръб на образуваната от едно кухо тяло глава 24.

Подаващата се от долния край на кожуха 4 част на петата 3 на елемента се вкарва в представляваща едно кухо тяло глава на горивния елемент 30, която е монтирана неподвижно (твърдо) в горния край на кожуха на горивния елемент 31 на надлъжно разположения горивен елемент на ядрения реактор и там се застопорява с кожуха на горивния елемент 31 чрез един байонетен съединител 30а. В кожуха на горивния елемент 31 са разположени множество паралелни едно към друго, напълнени с ядрено гориво, горивни стебла. Главата на горивния елемент 30 има снабдено с отвори, например за течност, дъно, на чиято външна страна е образувана коаксиална на надлъжната ос на кожуха 4 първа съединителна половина 32 на освобождаемо съединение (например байонетен съединител). Тази първа съединителна половина 32 е отворена към водещия канал 6 в абсорбционния елемент 2. Прокараната през водещия канал 6 щанга 7 има на намиращия се в първата съединителна половина 32 край, втора съединителна половина 33 на това освобождаемо съединение. Неговата първа съединителна половина 32 е свързана към втората съединителна половина 33. На главата на горивния елемент 30, върху вътрешната му повърхност, са разположени два радиални щифта 34. Тези радиални щифтове 34 влизат съответно в един периферен шлиц 35, който се намира като профилен фиксиращ елемент (фиксиращ благодарение на формата си елемент) , наклонен под прав ъгъл към надлъжната ос 4а на кожуха 4 в кухия цилиндър на петата 3 на елемента на абсорбиращия елемент 2. Вместо този периферен шлиц отвън на повърхността на кожуха на кухия цилиндър на петата на елемента може да се намира един периферен жлеб (канал). Профилният фиксиращ елемент може да бъде също един фиксатор или едно острие, които образуват радиална издатина в кухия цилиндър на петата на елемента, която е подвижна напред-назад в радиално направление на кухия цилиндър. Профилният фиксиращ елемент може да бъде също една радиална вдлъбнатина и радиален проходник в кухия цилиндър на петата 3 на елемента.

На своя долен край, върху крайния си ръб, кожухът 4 има най-малко една паралелна в надлъжно направление на кожуха 4 шийка като застопоряващ елемент 36, който за въртящо ориентиране на абсорбиращия елемент 2 и на висящия на щангата Ί горивен елемент на ядрения реактор 29 зацепва в съответен паралелен на надлъжната ос 4а на кожуха 4 жлеб 37, който излиза от ръба на горния край на главата на горивния елемент 30.

При експлоатация първо в горивния елемент на ядрения реактор 29 се вкарва абсорбиращия елемент 2, коаксиално върху главата на горивния елемент 30 на горивния елемент на ядрения реактор 29 така, че петата 3 на елемента на долния край на кожуха 4 да влезе в главата на горивния елемент 30. При това радиалните щифтове 34 се вкарват през един излизащ от крайния ръб на кухото тяло на петата 3 на елемента надлъжен шлиц 38 към периферния шлиц 35.

Тогава през главата на елемента 24 на абсорбционния елемент 2 се вкарва един инструмент, с който муфата 16 се придвижва по направление на главата на горивния елемент 30, преодолявайки силата на спиралната пружина 18. Същевременно със захванатия към подпорите 22 инструмент се завърта муфата 16 и заедно с това кухият цилиндър на петата 3 на елемента около надлъжната ос 4а на кожуха 4 до тогава, докато ребрата 26 могат да влезат в съответните жлебове (шлицове) 26а в главата на елемента 24. След отстраняване на инструмента ребрата 26 се зацепват в жлебовете 26а така, че петата 3 на елемента е фиксирана в тази предварително зададена ъглова позиция на въртене в кожуха 4 и радиалните щифтове 34, както е желано, се намират в периферния шлиц 35 в кухия цилиндър на петата 3 на елемента.

Накрая щангата 7 се вкарва във водещия канал 6 и съединителните половини 32 и 33 се съединяват една с друга чрез завъртане на щангата 7 около надлъжната й ос. След това закаченият на щангата 7 горивен елемент на ядрения реактор 29 се изтегля навътре отдолу-нагоре в ядреното ядро на ядрения реак тор, докато абсорбционния елемент 2 се изтегля нагоре от него.

След като протичащото през горивния елемент на ядрения реактор 29 и абсорбционния елемент 2 охлаждащо средство достигне експлоатационната си температура, образуваното от двете тръби 12 и 13 биметално тяло предизвиква чрез фиксиращите тела 8 силова, динамична връзка между кожуха 4 на абсорбционния елемент 2 и щангата 7, която е обратима, тъй като тази силова динамична връзка се освобождава отново след изключване на ядрения реактор и охлаждане на охладителното средство.

Ако откаже образуваното от съединителните половинки 32 и 33 съединение между щангата 7 и главата на горивния елемент 30 по време на експлоатация на реактора, щангата Ί не може да се изтегли от водещия канал 6 по направление към главата на елемента 24 в горния край на кожуха 4. Това означава, че горивния елемент на ядрения реактор 29 не е подпрян, а остава да виси чрез радиалните щифтове 34 на абсорбционния елемент 2, който от своя страна вследствие на силовата динамична връзка /сглобка/ между абсорбционния елемент 2 и щангата 7 чрез фиксиращите тела 8 виси на щангата 7. За изключване на ядрения реактор горивният елемент на ядрения реактор 29 се изтегля отново надолу от реакторното ядро и едновременно с това абсорбиращият елемент 2 се транспортира навътре в реакторното тяло.

След охлаждането на охладителното средство отново се освобождава силовата динамична връзка през фиксиращите тела 8 чрез задействане на съответното захващащо тяло 14 така, че щангата 7 след освобождаване на съединението може да се изтегли нагоре от водещия канал към главата на горивния елемент 30. След това със специален инструмент могат да се изтеглят нагоре от реакторното ядро един след друг най-напред абсорбционният елемент 2 и след това-горивният елемент на ядрения реактор 29.

Както е показано на фигура 3, периферният шлиц 35 може да се отклони от този надлъжен шлиц 38 в кухия цилиндър на петата 3 на елемента в един край на шлица, под остър ъгъл спрямо надлъжната ос 4а и надлъжния шлиц 38. На другия край на шлица този периферен шлиц 35 преминава в друг надлъжен шлиц 40, който се намира между този друг край на шлица и долния край на кожуха 4. При това въртеливо ориентиране между главата на горивния елемент 30 на горивния елемент на ядрения реактор 29, от една страна,, и петата 3 на елемента, от друга страна, се осигурява да може да отпадне състоящия се от шийка в долния ръб на кожуха 4 застопоряващ елемент 36 или да отпадне муфата 16.

Claims (12)

1. Елемент на ядрен реактор, по-специално абсорбционен елемент, с надлъжно разположен, имащ горен и долен край кожух, в който е образуван един коаксиален на кожуха водещ канал за свободно вкарване на една щанга, която се зацепва на долния край на надлъжно разположения кожух 4, към главата на горивния елемент на един надлъжно разположен, имащ горивни стебла с ядрено гориво, горивен елемент на ядрен реактор, както и с една намираща се на този долен край на кожуха пета на елемента, която представлява коаксиално на кожуха кухо тяло и има един профилен фиксиращ елемент за главата на горивния елемент, характеризиращ се с това, че на водещия канал (6), във вътрешността на кожуха (4), е предвиден съединител за свободен ход, който противодейства на изваждането на щангата (7) от горния край на кожуха (4) в надлъжно направление на този кожух (4) чрез силова динамична връзка между щангата (7) и надлъжно разположения кожух (4), и че профилният фиксиращ елемент на петата на елемента (3) е пригоден да блокира изтеглянето на главата на горивния елемент (30) от петата на елемента (3), по направление на надлъжната ос (4а) от кожуха (4), и да фиксира петата на елемента (3) чрез профилно съединение /сглобка/.

2. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че профилният фиксиращ елемент е оформен като периферен шлиц (35), който е наклонен към надлъжната ос (4а) на кожуха (4), или периферен жлеб (37), който е наклонен към надлъжната ос (4а) на кожуха (4), или като радиална вдлъбнатина и радиален проходник, както и радиална издатина.

3. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че профилният фиксиращ елемент се намира отвън или отвътре върху повърхността на кожуха на петата (3) на елемента.

4. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че радиалната издатина е подвижна напред-назад в радиално направление.

5. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че петата (3) на елемента е лагерувана в кожуха (4) с възможност за завъртане около неговата надлъжна ос (4а).

6. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че в съединителя за свободен ход е разположено в кожуха (4) устройство с температурен датчик, което освобождава обратимо силовата динамична връзка /сглобка/ между кожуха (4) и щангата (7), когато температурата върху температурния датчик е по-малка от една предварително зададена стойност.

7. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че съединителят за свободен ход има хлабаво фиксиращо тяло (8) за силова динамична връзка към щангата (7), което се търкаля в разположена във вътрешността на кожуха (4) повърхност на търкаляне (9), на разстояние от надлъжната ос (4а) на кожуха (4), което намалява постепенно, погледнато по посока на горния край на кожуха (4), и че е предвидена подпираща се с единия си край върху кожуха (4) пружина (11), която с другия си край упражнява пружинен натиск, насочен към горния край на кожуха (4), върху фиксиращите тела (8).

8. Елемент на ядрен реактор съгласно претенциите 6 и 7, характеризиращ се с това, че температурния датчик представлява надлъжно разположено биметално тяло с първо метално тяло (12), което с единия си край е закрепено на кожуха (4), ас другия си крайкъм единия край на второ метално тяло (13), и че второто метално тяло (13) има по-голям коефициент на топлинно разширение от първото метално тяло (12), а на другия си край има едно захващащо тяло (14) за фиксиращото тяло (8), разположено в посока, противоположна на горния край на кожуха (4).

9. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че петата (3) на елемента представлява един кух цилиндър, който е разположен коаксиално в надлъжно разположения кожух (4) и неподвижно по посока на надлъжната ос (4а) на кожуха (4), и че кожухът (4) има застопоряващ елемент (36) за фиксиране към главата на горивния елемент (30). 5

10. рлемент на ядрен реактор съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че петата (3) на елемента може да се фиксира в предварително зададена ъглова позиция на въртене към кожуха (4). 10

11. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че периферният шлиц (35), респ. периферният жлеб (37) в петата (3) на елемента, преминава в единия край на шлица, респ. жлеба в над- 15 лъжен шлиц (40), респ. надлъжен жлеб, който се намира между този край на шлица на периферния шлиц (35), респ. на периферния жлеб, и долния край на кожуха (4).

12. Елемент на ядрен реактор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че през водещия канал (6) е прокарана щанга (7), която е фиксирана към главата на горивния елемент (30) чрез освобождаващо се съединение, и че главата на горивния елемент (30) е окачена на петата (3) на елемента чрез съединение със специален профил, в което се включва профилният фиксиращ елемент.