CZ281879B6 - Zařízení pro vertikální vedení skupiny řídících tyčí jaderného reaktoru - Google Patents

Abstract

Zařízení pro vedení skupiny obsahující svazek tyčí rozdělených do dvou souosých řad a zavěšených na hvězdicovém nosiči má trubkový plášť (24), uzpůsobený ve své horní části pro uzavírací desku. Horizontální vodicí desky (26) jsou rozmístěny podél pláště (24) a vyříznuty pro umožnění průchodu hvězdicového nosiče a pro vedení tyčí. Spojité vedení tyčí ve spodní části pláště je docíleno vodicími trubkami a objímkami (30) pro jednotlivé tyče a vodicí objímky pro tyče vymezují dostatečně široké štěrbiny (36) pro umožnění průchodu ramene hvězdicového nosiče. Výstupní otvory chladiva jsou vyvrtány v plášti. Objímky vymezují průchody (38, 40) pro vedení tyčí vnitřní řady a oddělují centrální kanál (42) chladiva od vzájemně propojených obvodových kanálů (44), do kterých ústí výstupní otvory (46) chladiva vytvořené v plášti ve spodní části.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro vedení skupiny řídicích tyčí jaderného reaktoru, které nachází důležité uplatnění zejména v reaktorech s tlakovou vodou a mezi těmito reaktory, v tepelných neutronových reaktorech a spektrálně proměnných reaktorech.

Dosavadní stav techniky

Dosud známé reaktory s tlakovou vodou jsou řízeny zejména pomocí řídicích skupin tyčí, z nichž každá obsahuje svazek tyčí, visících z hvězdicového nosiče s radiálními rameny, neseného vertikální hnací hřídelí skupiny a umožňující posun skupiny mezí spodní polohou, kde je vsunut přibližně zcela do jádra reaktoru a horní polohou, ve které je umístěn v horním příslušenství reaktoru.

Tyče jsou vedeny do jádra pomocí vodicích trubek, vytvořených v palivovém systému. Tyto tyče, které jsou velmi dlouhé a tenké, musí být nad jádrem vedeny v horním příslušenství pomocí zařízení, které obvykle obsahuje: dutý plášť, který je na své horní části opatřen uzavírací deskou s otvory pro průchod hnací hřídele; horizontálních desek rozmístěných podél pláště a vyříznutých tak, aby umožnily průchod hvězdicového nosiče a aby vedly tyče; prostředky pro spojité vedení tyčí ve spodní části pláště, obsahující trubky a objímky pro vedení jednotlivých tyčí, tvořící dostatečné široké štěrbiny pro umožnění průchodu ramen hvězdicového nosiče, určené k ochraně tyčí proti působení turbulentního toku chladivá, které opouští jádro a vstupuje do pláště.

Doposud se dělaly pokusy omezit na minimum tlakový spád působící na tyče v horizontálním směru za předpokladu, že tento tlakový spád působí na tyč proti břitům štěrbiny pro průchod hvězdicového nosiče a způsobuje opotřebení tyče třením. Aby se docílilo této rovnováhy byly udělány ve vodicím zařízení, v němž trubky vedou jednotlivé tyče a objímky vedou páry tyčí, otvory vyrovnávající tlak, zejména ve stěně vodicích objímek, tyto objímky byly přemístěny pomocí pouzder, ponechávající otvory pro vyrovnání tlaků (FR-A-2547100) a v břitech štěrbin byly vyříznuty zářezy, aby byly vytvořeny vyrovnávací otvory (FR-A-2516691).

V tomto provedení prostředky pro spojité vedení vymezují jednoduchý, vzhůru vedoucí kanál pro chladivo. Analýza rozdělování tlaku a rychlosti ukázala, že toto rozdělení má tendenci ohýbat tyče směrem ke středu skupiny ve spodní části oblasti spojitého vedení a pak směrem ven v horní části oblasti spojitého vedení, protože většina toku je odchýlena směrem k výstupním otvorům chladivá vyvrtaným v plášti proti směru toku z oblasti nespojitého vedení.

Toto rozdílné působení je příčinou značné nestability tyčí a je zdrojem vibrací.

Bylo zjištěno, že alespoň v určitých typech reaktoru je hlavní příčinou opotřebení vibrace tyčí, zejména v místech kontaktu tyčí s horizontálními deskami v oblasti, kde vedení je jen nespojité, kde je uskutečněno rozmístěnými deskami.

Dále bylo zjištěno, že ty z tyčí, které jsou umístěny v objímkách nejdále od středu v radiálním směru, jsou silně ohnuty směrem k ose zařízení, což zvyšuje opotřebení třením.

Vynález má poskytnout zařízení pro vertikální vedení svazků, které je vzhledem k dosavadnímu stavu techniky zlepšeno zejména v tom, že zabraňuje obrácení směru sil, působících na tyče na hranici mezi oblastí spojitého vedení a oblastí vedení nespojitého.

- 1 CZ 281879 B6

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je podstatou tohoto zařízení to, že tyče jsou rozděleny do radiálně vnitřní a vnější rady, objímky mezi sebou vymezují průchody pro vedení tyčí vnitřní řady a oddělují centrální kanál chladivá od vzájemného propojení obvodových kanálů, do nichž ústí výstupní otvory chladivá, vytvořené v plášti ve spodní části tvořící oblast spojitého vedení.

Ve výhodném provedení obsahuje každá objímka vodicí průchod pro jednotlivou tyč náležející do vnější řady a je opatřena otvory směrovanými radiálně ven pro propojení průchodu s obvodovými kanály. Tyče obvodové řady, které jsou jiné než ty, které jsou vedeny objímkami, mohou být vedeny trubkami, umístěnými mezi objímkami a jsou opatřeny radiálními štěrbinami pro průchod ramene hvězdicového nosiče.

V tomto provedení chladivo, které vstupuje do centrálního kanálu teče téměř úplně vertikálně vzhůru do štěrbin, které jsou mezi horizontálními vodícími deskami v oblasti nespojitého vedení a pláštěm. Většina toku, opouštějícího systém, vstupuje do obvodových kanálů a uniká otvory ve spodní části pláště, přímo ven.

Tak je centrální kanál přetlakován vzhledem k vnějšku pláště. Tyče v radiálně vnitrní řadě jsou podle toho vystaveny tomuto přetlaku a proto tlačeny směrem ven a tak se zabrání vybuzení vibrací a opotřebení na horizontálních deskách v horní části s nespojitým vedením.

Tomuto vybuzení se obzvláště zabrání, když prakticky nebude žádný radiální tok v úrovni tyčí blízko vršku horní části, kde tyče nejsou chráněny mezi deskami.

V objímkách jsou tyče vnější řady rovněž vystaveny přetlaku směrujícímu ze středu ven, jestliže jsou v těchto objímkách vytvořeny otvory a štěrbiny. Tyče, vedené možnými trubkami se štěrbinami jsou podrobeny diferenciálnímu tlaku směrovanému radiálně dovnitř. Radiální síla směřující ven u vnější části pláště může být velmi malá a nepůsobit žádné zhoubné vibrace svým působením na rozdíl od sil, působících při spodní části.

Velká volnost, kterou konstruktér disponuje při navrhování objímek a výstupních otvorů chladivá v plášti, umožňuje nastavit rozdělení poměrů toku mezi centrálním kanálem ve tvaru hvězdy a obvodovými kanály a zejména nastavit sílu, směřující radiálně ven, která tlačí tyč proti stěně průchodu.

Vynález bude lépe pochopen na základě popisu konkrétního provedení, které je pouze neomezujícím příkladem a z porovnání se známým vodicím zařízením. Popis se vztahuje k připojeným výkresům.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je nakreslen podélný vertikální řez vodícího zařízení skupiny řídicích tyčí podle vynálezu ve vysunuté poloze a součástí horních příslušenství, které jsou přímo s ním spojeny. Obr. 2 a 3 jsou příčné horizontální řezy zařízení z obr. 1, podle příslušných linií II-II a ΙΠ-ΠΙ.

Příklady provedení vynálezu

Část reaktoru, nakreslená na obr. 1 je v zásadě známé konstrukce. Proto bude popsána jen stručně.

Jádro, sestávající z vedle sebe postavených palivových systémů je uloženo v tlakové nádobě 10, uzavřené víkem 12. Vnitřní plášť 14, nesený nádobou, vymezuje prstencový prostor pro stékání chladivá, které vstupuje nezobrazenými tryskami do prostoru, vytvořeného pod spodní deskou,

-2CZ 281879 B6 nesoucí jádro. Chladivo pak stoupá jádrem a vytéká průchody, vytvořenými v desce 16 jádra, která náleží k hornímu příslušenství reaktoru.

Příslušenství dále obsahuje nosnou desku 18. nesenou nádobou, spojenou s deskou 16 jádra nezobrazenými zajišťovacími sloupy a pomocí vodicích zařízení 20, z nichž každé je určeno pro vedení jedné skupiny vodicích tyčí. Skupina sestává ze svazku prodloužených tyčí, obsahujících látku pohlcující neutrony, například v počtu dvaceti čtyř tyčí zavěšených z hvězdicového nosiče, jehož hlava je připevněná k hnací hřídeli.

Každé zařízení 20 má mezi deskami 16 a 18 dutý plášť 24 o přibližně čtvercovém průřezu a nad nosnou deskou 18 prodloužení 25, uzpůsobené pro vzájemnou součinnost s uzavírací deskou (nezobrazena) opatřenou otvorem pro průchod hnací hřídele.

Horizontální vodicí desky 26 jsou rozmístěny v pravidelných rozestupech podél pláště 24. Jsou připevněny k plášti 24 zapadnutím vnějších výstupků těchto desek do zářezů v plášti 24, a běžně privařením.

Desky 26 umístěné v horní části pláště 24, v provedení z obr. 1 je jich pět, jsou opatřeny vnitřními výřezy tak, že desky vedou tyče a umožňují průchod ramen hvězdicového nosiče. Tyče jsou takto vedeny nespojitě v intervalech odpovídajících rozteči desek 26.

Dosud popsané uspořádání je běžné.

Desky 26 poskytují nespojité vedení tyčí v horní části zařízení. V této horní části je plášť 24 bez otvorů, takže chladivo, které sem dorazí může uniknout pouze bočně, mezerami mezi vnějšími výstupky desek a zářezy, a osově.

V provedení, zobrazeném na obr. 1, obsahuje zařízení jen jednu horizontální desku 26a v oblasti spojitého vedení. Tato deska 26a je spojena s patou 28 pláště 24 spojitými vodícími prostředky a s pláštěm 24 připevněním a/nebo privařením.

Vodicí prostředky obsahují objímky 30 a štěrbinami opatřené trubky 32, které vymezují průchody pro osm vodicích tyčí náležejících k vnitřní řadě a pro šestnáct tyčí náležejících k radiálně vnější řadě, tyto počty nejsou samozřejmě omezující. Každá z objímek 30, vytváří v té své části, která je od osy v radiálním směru vzdálenější, průchod 34 pro vedení jedné z tyčí vnější řady. Tento průchod 34 je prodloužený radiálním zářezem 36, určeným k umožnění průchodu ramene hvězdicového nosiče. Části objímek 30. které jsou ose nejblíže, spolu vzájemně vymezují průchody 38 a 40 pro vedení tyčí vnitřní řady. Jak je nakresleno na obrázcích 2 a 3, kde tyče vnitřní řady jsou uspořádány podél stran čtverce, každá objímka 30 má dvě větve různých délek, takže prostor mezi vnitřními částmi objímek 30 vytváří centrální kanál 42 ve tvaru hvězdy, který není propojen s vnějškem v radiálním směru s výjimkou skrze vodicí průchody 38 a 40. Vždy dvě sousední objímky 30 vymezují mezi sebou obvodový kanál 44 ve tvaru trojúhelníku. Všechny tyto obvodové kanály 44 jsou mezi sebou propojeny (viz obr. 3). Tlak, který zde převládá je prakticky tentýž jako tlak vně pláště 24, poněvadž jsou s vnějškem spojeny širokými otvory 46 v plášti 24. Tyto otvory mají přibližně obdélníkový tvar. Nejvýše umístěný otvor 46 je právě pod deskou 26a.

Každá z trubek 32 pro vedení tyče vnější řady je umístěna mezi dvěma sousedními objímkami 30 u dna jednoho z obvodových kanálů 44. Neobsahuje žádný radiální otvor, který by propojoval vnitřek trubky 32 s obvodovým kanálem 44. Naopak otvory 46 jsou rozmístěny v pravidelných intervalech podél vnější tvořící linie každého z průchodů 34, aby vnější strana tyčí byla umístěna v oblasti podtlaku, je-li svazek tyčí uvnitř vodícího zařízení 20. Lze pozorovat, že pokud je centrální kanál 42 přetlakován vzhledem k obvodovým kanálům 44 a vzhledem k vnějšku pláště 24, je osm tyčí, umístěných nejblíže k ose, vystaveno síle směřující radiálně ven a prohnuto

-3 CZ 281879 B6 směrem ven a tak se zabrání jejich vibraci a tím i jejich rychlému opotřebení na deskách 26; dále, že obvodové tyče, umístěné v průchodech 34 objímek 30 jsou rovněž vystaveny působení tlaku směřujícímu radiálně ven; a že tyče, umístěné v trubkách 32 se štěrbinami 36. jsou na své vnitřní straně vystaveny tlaku nižšímu, než je tlak převažující na vnější straně díky tomu, že chladivo teče větší rychlostí v obvodových kanálech 44. kdežto vnější strana leží naproti prostoru, který je spojen se vstupem do oblasti spojitého vedení. Tyto tyče jsou proto tlačeny dovnitř navzdory radiální síle, vybuzené tokem v oblasti nespojitého vedení, jejíž radiální složka je velmi nízká.

Díky snížení nebezpečí vybuzení vibrace tyčí, může být délka oblasti spojitého vedení snížena ve srovnání s délkou převzatou z běžného zařízení stejné celkové délky. Ve skutečnosti výška této oblasti může být snížena na úroveň zdvihu tlumiče nárazů uzpůsobeného pro palivový systém, což je je asi 600 mm v typickém reaktoru.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro vertikální vedení skupiny řídicích tyčí jaderného reaktoru, kde tato skupina obsahuje svazek tyčí, rozmístěných do dvou souosých řad a zavěšených na hvězdicovém nosiči s radiálními rameny, neseném vertikální řídicí tyčí skupiny a umožňující posun svazku mezi spodní polohou, kde je zasunut do jádra reaktoru a horní polohou, ve které je umístěn v horním příslušenství reaktoru, obsahující dutý plášť; horizontální vodicí desky, rozmístěné podél pláště a vyříznuté tak, aby umožnily průchod hvězdicového nosiče a aby vedly tyče; prostředky pro spojité vedení tyčí ve spodní části pláště, obsahující trubky a objímky pro vedení tyčí, tvořící dostatečně široké štěrbiny pro umožnění průchodu ramen hvězdicového nosiče, určené k ochraně tyči proti působení turbulentního toku chladivá, které opouští jádro, vstupuje do pláště a opouští jej výstupními otvory chladivá, vytvořenými v plášti, vyznačující se tím, že trubky (32) jsou rozmístěné v radiálně vnitřní radě a vnější řadě, objímky (30) mezi sebou vymezují průchody (34) pro vedení tyčí vnitřní řady a oddělují centrální kanál (42) chladivá od vzájemně propojených obvodových kanálů (44), do nichž ústí výstupní otvory (46) chladivá, vytvořené ve spodní části pláště (24).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější část každé objímky (30) vymezuje průchod (34) pro vedení tyče vnější řady a je opatřena otvory (46) směrovanými radiálně ven pro propojení s obvodovými kanály (44).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že trubky (32), které vedou tyče vnější řady a jsou jiné než ty, které jsou vedeny objímkami (30), jsou umístěny mezi objímkami (30) a mají radiální štěrbiny (36) pro průchod příslušného ramene hvězdicového nosiče.
4. 4. Zařízení podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že plášť (24) je nad spodní částí opatřen jedinou sadou otvorů (46) mezi vodícími deskami (26) a pláštěm (24).