CZ282278B6 - Element jaderného reaktoru, zejména absorpční element - Google Patents

Abstract

Element jaderného reaktoru je v podélném plášťovém tělese (4) opatřen koaxiálním vodicím kanálem (6) pro volné vedení tyče (7) připojitelné k hornímu dílu (30) palivového elementu (29) a na spodním konci pláštového tělesa (4) koaxiálním dutým tělesem jako spodním dílem (3), který je přídržným elementem připojitelný k hornímu dílu (30) palivového elementu (29). Pro zajištění proti pádu je vodicímu kanálu (6) přiřazena volnoběžka pro tyč (7), přičemž přídržný element je způsobilý zablokovat horní díl (30) proti vytažení ze spodního dílu (3) ve směru podélné osy (4a) plášťového tělesa (4) a spodního dílu (3). ŕ

Description

Element jaderného reaktoru, zejména absorpční element

Oblast techniky

Vynález se týká elementu jaderného reaktoru, zejména absorpčního elementu, s podélným plášťovým tělesem, které má horní a dolní konec, a v němž je vytvořen vodicí kanál koaxiální s plášťovým tělesem pro volné vedení tyče, která je na dolním konci podélného plášťového tělesa připojitelná k hornímu dílu palivového elementu, a se spodním dílem uspořádaným na tomto 10 dolním konci plášťového tělesa, představujícím duté těleso koaxiální s plášťovým tělesem, a opatřeným přídržným elementem pro horní díl palivového elementu.

Dosavadní stav techniky

Takový element jaderného reaktoru, vytvořený jako absorpční element, je známý ze strany 50 publikace Nuclear Engineering Intemational Speciál Publications, Fuel Review 1991. U tohoto absorpčního elementu je jeho spodní díl pevně spojen s plášťovým tělesem, a přídržný element je vytvořen jako podélná štěrbina pro uložení radiálního kolíku upraveného na horním dílu palivového elementu jaderného reaktoru. Tato podélná štěrbina je na koncové hraně spodního 20 dílu absorpčního elementu odvrácené od plášťového tělesa otevřená.

V jaderném reaktoru je tyč vedená ve vodicím kanálu na svém horním konci svisle zavěšena, zatímco její dolní konec je spojen bajonetovým spojením s horním dílem palivového elementu jaderného reaktoru, takže palivový element jaderného reaktoru visí na tyči pod absorpčním 25 elementem.

Tímto způsobem jsou sice absorpční element a palivový element jaderného reaktoru radiálním kolíkem v podélné štěrbině spodního dílu absorpčního elementu navzájem vůči sobě orientovány v určitém natočení, selže-li však spojení v horním dílu palivového elementu jaderného reaktoru. 30 může buď palivový element samotný, nebo spolu s absorpčním elementem v jaderném reaktoru spadnout. V každém případě zde existuje nebezpečí, že palivový element jaderného reaktoru se poškodí. Zřítí-li se absorpční element spolu s palivovým elementem, dostane se absorpční element nechtěně do své vypínací polohy v jádru reaktoru, což vede k poklesu výkonu jaderného reaktoru. Zůstane-li však absorpční element, například vzhledem k třecímu styku, mimo svou 35 vypínací polohu v jaderném reaktoru, nachází se v jádru reaktoru místo zříceného palivového elementu pouze voda jako moderátorová substance. To vede k nežádoucímu zvýšení výkonu palivových tyčí zbylých ještě v jádru reaktoru. K nežádoucímu zvýšení výkonu palivových tyčí může dojít i tehdy, když absorpční element při normálním zasunutí do jádra reaktoru zůstane například v důsledku třecího styku viset, zatímco palivový element jaderného reaktoru připojený 40 k tyči - což je provedeno samo o sobě - je z jádra reaktoru vysunutý či vyjetý.

Úkolem vynálezu proto je zamezit vzniku výše uvedených poruch.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje element jaderného reaktoru, zejména absorpční element, s podélným plášťovým tělesem, které má horní a dolní konec, a v němž je vytvořen vodicí kanál koaxiální s plášťovým tělesem pro volné vedení tyče, která je na dolním konci podélného plášťového tělesa připojitelná k hornímu dílu palivového elementu, a se spodním dílem uspořádaným na tomto 50 dolním konci plášťového tělesa, představujícím duté těleso koaxiální s plášťovým tělesem, a opatřeným přídržným elementem pro horní díl palivového elementu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že vodícímu kanálu je uvnitř plášťového tělesa přiřazena volnoběžka, která působí proti vytažení tyče z horního konce plášťového tělesa v podélném směru tohoto plášťového tělesa silovým stykem mezi tyčí a podélným plášťovým tělesem, a že přídržný element na

- 1 CZ 282278 B6 spodním dílu je způsobilý tvarovým stykem zablokovat horní díl palivového elementu proti vytažení ze spodního dílu ve směru podélné osy plášťového tělesa a spodního dílu.

Volnoběžka brání tomu, aby element jaderného reaktoru (absorpční element) nemohl podél tyče volně spadnout do jaderného reaktoru, přičemž přídržný element tvoří na spodním dílu absorpčního elementu s přiřazeným podobným přídržným elementem na palivovém elementu jaderného reaktoru mezi elementem jaderného reaktoru a palivovým elementem jaderného reaktoru tvarový styk, takže palivový element visí přídavně na elementu jaderného reaktoru neboli absorpčním elementu a nemůže se od něho uvolnit.

Zamýšlené oddělení elementu jaderného reaktoru (absorpčního elementu) od palivového elementu je možno v principu provést tak, že tvarový styk mezi elementem jaderného reaktoru (absorpčním elementem) a palivovým elementem se opět zruší a potom se může element jaderného reaktoru (absorpční element) podél tyče od palivového elementu odtáhnout.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu, u něhož je volnoběžce přiřazeno zařízení s teplotním čidlem umístěné v plášťovém tělese, které silový styk mezi plášťovým tělesem a tyčí zruší reverzibilně tehdy, když je teplota na teplotním čidlu menší než předem stanovená hodnota, existuje možnost u vypnutého, a proto chladného reaktoru, například otáčením tyče kolem její podélné osy, nejprve uvolnit spojení tyče s horním dílem palivového elementu jaderného reaktoru a následně tyč z jaderného reaktoru absorpčním elementem vytáhnout. Potom je možno pomocí zvedacího zařízení nejprve zvednout z jaderného reaktoru absorpční element a za ním i palivový element.

Přehled obrázků na vý kresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladu provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje v perspektivním pohledu a částečném řezu absorpční element podle vynálezu, který je spojen s palivový m elementem jaderného reaktoru, obr. 2 je rozdělen na obr. 2A a 2B a znázorňuje v podélném řezu absorpční element z obr. 1, a obr. 3 obměněné provedení jedné části absorpčního elementu podle obr. I a 2.

Příklady provedení vynálezu

Absorpční element 2 podle obr. 1 a 2 má spodní díl 3 ve tvaru dutého válce. Na tomto spodním dílu 3 tvaru dutého válce je koaxiálně a s odstupem vůči spodnímu dílu 3 uspořádáno podélné plášťové těleso 4, provedené jako duté těleso. Tento spodní díl 3 je uložen v plášťovém tělese 4 otočně kolem své podélné osy a svým nákružkem 5 směřujícím ven z plášťové plochy spodního dílu 3 je přidržován v plášťovém tělese 4 neposuvně ve směru podélné osy 4a plášťového tělesa

4. Dále jsou mezi spodním dílem 3 a plášťovým tělesem 4 nad sebou a koaxiálně uspořádány kroužky 41 z látky silně absorbující neutrony, které jsou přidržovány uvnitř na plášťovém tělese

4.

Zatímco spodní díl 3 svým spodním koncem vyčnívá ze spodního konce plášťového tělesa 4, nachází se horní konec spodního dílu 3 v blízkosti horního konce plášťového tělesa 4 uvnitř tohoto plášťového tělesa 4.

Na tomto horním konci nese spodní díl 3 volnoběžku. Tato volnoběžka je přiřazena vodícímu kanálu 6 pro tyč 7, který je upraven uvnitř spodního dílu 3 a je koaxiální se spodním dílem 3 a plášťovým tělesem 4.

-2CZ 282278 B6

Volnobéžka sestává ze tří volných tělísek 8, kterými mohou například být stejně velké kuličky, a z nichž je na obr. 1 a 2 znázorněno pouze jedno tělísko 8. Kuličky tvořící tělíska 8 se nacházejí svým středem vůči sobě navzájem stále v jedné průřezové rovině spodního dílu 3.

Všechna tři tělíska 8 mají vzhledem k podélné ose 4a plášťového tělesa 4 od sebe stejný úhlový odstup. Každé z těchto volných tělísek 8 se odvaluje na odvalovací ploše 9 tvořící šikmou rovinu, která je vždy uspořádána na vnitřní straně spodního dílu 3 u horního konce plášťového tělesa 4. Každá ze šikmých rovin je skloněna vůči podélné ose 4a plášťového tělesa 4 pod stejným úhlem a ve stejném průřezu plášťového tělesa 4 je odstup šikmých rovin od podélné osy 4a stejný. Dále se odstup mezi šikmými rovinami a podélnou osou 4a plášťového tělesa 4 ve směru k hornímu konci plášťového tělesa 4 pozvolna zmenšuje, takže tělíska 8 se mohou odvalovat na šikmých rovinách ve směru této podélné osy 4a s odstupem k podélné ose 4a plášťového tělesa 4, který' se rovněž ve směru k hornímu konci plášťového tělesa 4 pozvolna zmenšuje.

Každá šikmá rovina je na svém konci přivráceném ke spodnímu konci plášťového tělesa 4 zakryta krycím tělesem 10, které je upevněno na vnitřní straně spodního dílu 3. Mezi krycím tělesem 10 a příslušným tělískem 8 je předepjata pružina 11, vytvořená jako vinutá pružina, jejíž podélná osa je rovnoběžná s podélnou osou 4a plášťového tělesa 4. Tato pružina lije namáhána na tlak a opírá se svým jedním koncem o krycí těleso 10 a svým druhým koncem o volné tělísko

8.

Teplotní čidlo sestává z podélného bimetalového tělesa, které je vytvořeno ze dvou trubek, které jsou koaxiální vůči sobě, vůči plášťovému tělesu 4, a proto i spodnímu dílu 3. Vnitřní trubka jako druhé kovové těleso 13 má větší součinitel tepelné roztažnosti než vnější trubka jako první kovové těleso 12. Vnitřní trubka tvoří navíc součást vodícího kanálu 6, určeného pro tyč 7. Zatímco obě trubky jsou na jednom konci k sobě připevněny, je vnější trubka na druhém konci upevněna ke kry címu tělesu 10 na jeho straně přivrácené k dolnímu konci plášťového tělesa 4. Druhý konec vnitřní trubky je opatřen vždy unášecím tělesem 14 pro každé tělísko 8, které volně zasahuje nad odvalovací plochu 9 a dosedá zezadu na příslušné tělísko 8 v poloze mezi horním koncem plášťového tělesa 4 a tímto tělískem 8.

Dále je vnitřní trubka opatřena pro každé tělísko 8 průchozím okénkem 15, které představuje podélný otvor rozkládající se ve směru podélné osy 4a plášťového tělesa 4 a kterým může být příslušné tělísko 8 vedené v tomto průchozím okénku 15 silově přitlačováno k tyči 7. S výhodou je každé tělísko 8 provedeno ze zvlášť tvrdého materiálu, například ze slitiny železa - chrom molybden, a může mít povrch opatřený rýhováním.

Na konci spodního dílu 3 je na horním konci plášťového tělesa 4 upravena objímka 16, která je uspořádána koaxiálně s plášťovým tělesem 4, a proto i se spodním dílem 3, a která se podílí na vytvoření vodícího kanálu 6. Tato objímka 16 je opatřena třemi lopatkami 17, které mají vůči podélné ose objímky 16 od sebe stejný úhlový odstup. Tyto lopatky 17 volně vedou objímku 16 ve spodním dílu 3. Na tyto lopatky 17 dále dosedá vinutá pružina 18, která se svým jedním koncem opírá o tyto tři lopatky 17 a svým druhým koncem se opírá o osazení 19 na vnitřní ploše spodního dílu 3. Alespoň jedna z lopatek 17 je opatřena výstupkem 20, kterým volně zasahuje do podélné štěrbiny 21 vycházející od okraje na konci spodního dílu 3.

Každá lopatka 17 dále tvoří vzpěru 22 směřující k hornímu konci plášťového tělesa 4. Vzpěry 22 jsou zakončeny prstencem 23, koaxiálním s plášťovým tělesem 4, a volně vloženým v horním dílu 24. Tento horní díl 24 je vložen v horním konci plášťového tělesa 4 a pomocí šroubů 25 je k plášťovému tělesu 4 pevně přišroubován.

Vně na prstenci 23 je dále upraveno alespoň jedno žebro 26, které zasahuje do podélného zářezu 26a vycházejícího z koncové hrany horního dílu 24, vytvořeného jako duté těleso.

-3 CZ 282278 B6

Část spodního dílu 3 vyčnívající ze spodního konce plášťového tělesa 4 zasahuje do horního dílu 30 palivového elementu, vytvořeného jako duté těleso, který je pevně vložen v horním konci schránky 31 podélného palivového elementu jaderného reaktoru, kde je bajonetovým spojením 30a spojen zaskočením se schránkou 31. Ve schránce 31 jsou uspořádány v jedné řadě navzájem rovnoběžné palivové tyče, vyplněné jaderným palivem.

Horní díl 30 palivového elementu má dno opatřené průchody, například pro kapaliny, na jehož vnější straně je vytvořena první spojovací polovina 32 rozebíratelné spojky (například bajonetové spojky), která je koaxiální s podélnou osou 4a plášťového tělesa 4. Tato první spojovací polovina 32 je otevřená směrem k vodícímu kanálu 6 v absorpčním elementu 2. Tyč 7 vedená vodicím kanálem 6 je na svém konci, nacházejícím se v první spojovací polovině 32, opatřena druhou spojovací polovinou 33 této rozebíratelné spojky. První spojovací polovina 32 je připojena ke druhé spojovací polovině 33.

Na horním dílu 30 palivového elementu jsou upraveny dva radiální kolíky 34, a to na vnitřní ploše tohoto horního dílu 30. Tyto radiální kolíky 34 zasahují vždy do obvodové štěrbiny 35, která je jako přídržný element pro vytvoření tvarového styku upravena kolmo vůči podélné ose 4a plášťového tělesa 4 šikmo v dutém válci tvořícím spodní díl 3 absorpčního elementu 2. Místo této obvodové štěrbiny 35 je možno upravit i obvodovou drážku vně na plášťové ploše dutého válce tvořícího spodní díl 3. Přídržným elementem pro vytvoření tvarového styku může být i závora a západka, které tvoří na dutém válci spodního dílu 3 radiální výstupek, který je v radiálním směru dutého válce vratně posuvný. Přídržným elementem pro vytvoření tvarového styku však může být i radiální prohloubení a radiální průchod v dutém válci spodního dílu 3.

Plášťové těleso 4 je na svém spodním konci na koncové hraně opatřeno alespoň jedním čepem, rovnoběžným s podélným směrem plášťového tělesa 4, a tvořícím zaskakovací ústrojí 36, které pro orientaci absorpčního elementu 2 a palivového elementu 29 zavěšeného na tyči 7 v určitém natočení, zasahuje do drážky 37 rovnoběžné s podélnou osou 4a plášťového tělesa 4, která vychází od okraje na horním konci horního dílu 30.

Při vložení do palivového elementu 29 se nejprve absorpční element 2 nasadí koaxiálně na horní díl 30 palivového elementu 29 tak, že jeho spodní díl 3 na spodním konci plášťového tělesa 4 zasahuje do horního dílu 30. Přitom jsou radiální kolíky 34 vedeny vždy podélnou štěrbinou 38, vycházející z koncové hrany dutého tělesa spodního dílu 3, k obvodové štěrbině 35.

Potom se horním dílem 24 absorpčního elementu 2 prostrčí nástroj, pomocí něhož se objímka 16 přesune ve směru k hornímu dílu 30 palivového elementu 29 proti síle vinuté pružiny 18. Současně se nástrojem působícím na vzpěry 22 objímka 16, a proto i dutý válec spodního dílu 3, natočí kolem podélné osy 4a plášťového tělesa 4 do té míry, dokud žebra 26 nebudou zasahovat do příslušných podélných zářezů 26a v horním dílu 24 absorpčního elementu 2. Po vyjmutí nástroje zaskočí žebra 26 do podélných zářezů 26a, takže spodní díl 3 je v této předem stanovené natočené poloze zaskočen v plášťovém tělese 4 a radiální kolíky 34 se nacházejí, jak bylo požadováno, v obvodové štěrbině 35 v dutém válci spodního dílu 3.

Potom se konečně zasune tyč 7 do vodícího kanálu 6 a spojovací poloviny 32, 33 se otáčením tyče 7 kolem její podélné osy navzájem spojí. Na to se palivový element 29, nyní zavěšený na tyči 7, zespoda směrem vzhůru zatáhne do jádra jaderného reaktoru, zatímco absorpční element 2 se z jádra jaderného reaktoru vysune směrem vzhůru.

Když chladicí prostředek, který protéká palivovým elementem 29 a absorpčním elementem 2, dosáhl své provozní teploty, způsobí bimetalové těleso sestávající z kovových těles 12, 13 přes tělíska 8 silový styk mezi plášťovým tělesem 4 absorpčního elementu 2 a tyčí 7, který je reverzi

-4CZ 282278 B6 bilní neboli vratný, protože tento silový styk se po vypnutí jaderného reaktoru a ochlazení chladicího prostředku opět zruší.

Selže-li spojka mezi tyčí 7 a horním dílem 30, sestávající ze dvou spojovacích polovin 32, 33, v průběhu provozu jaderného reaktoru, nemůže být tyč 2 vytažena ven z vodícího kanálu 6 ve směru k hornímu dílu 24 absorpčního elementu 2 na horním konci plášťového tělesa 4. To znamená, že palivový element 29 není podepřen, nýbrž zůstává zavěšen pomocí radiálních kolíků 34 na absorpčnímu elementu 2, ktetý je zavěšen v důsledku silového styku mezi absorpčním elementem 2 a tyčí 7 pomocí tělísek 8 na tyči 7.

Pro vypnutí jaderného reaktoru se palivový element 29 opět vysune směrem dolů z jádra reaktoru a současně se absorpční element 2 do jádra reaktoru zasune.

Po vychladnutí chladicího prostředku se opět zruší i silový styk vytvořený pomocí tělísek 8, a to vždy působením příslušného unášecího tělesa 14, takže tyč 7 může být po uvolnění spojky s horním dílem 30 palivového elementu 29 z vodícího kanálu 6 vytažena nahoru. Potom je možno po sobě pomocí zvláštního zvedacího zařízení vyzvednout z jádra reaktoru směru nahoru nejprve absorpční element 2 a potom palivový element 29.

Na obr. 3 je znázorněno, že obvodová štěrbina 35 v dutém válci spodního dílu 3 na svém konci pod ostrým úhlem vůči podélné ose 4a přechází do podélné štěrbiny 38. Na druhém konci přechází obvodová štěrbina 35 do další podélné štěrbiny 40, uspořádané mezi tímto jejím druhým koncem a dolním koncem plášťového tělesa 4. Tímto způsobem je možno zajistit orientaci při natočení mezi horním dílem 30 palivového elementu 29 na jedné straně a spodním dílem 3 na druhé straně, takže buď zaskakovací ústrojí 36, sestávající z kolíků a spodního okraje plášťového tělesa 34, nebo objímka 16 mohou odpadnout.

Claims (12)

1. Element jaderného reaktoru, zejména absorpční element (2), s podélným plášťovým tělesem (4), které má horní a dolní konec, a v němž je vytvořen vodicí kanál (6) koaxiální s plášťovým tělesem (4) pro volné vedení tyče (7), která je na dolním konci podélného plášťového tělesa (4) připojitelná k hornímu dílu (30) palivového elementu (29), a se spodním dílem (3) uspořádaným na tomto dolním konci plášťového tělesa (4), představujícím duté těleso koaxiální s plášťovým tělesem (4), a opatřeným přídržným elementem pro horní díl (30) palivového elementu (29), vyznačující se tím, že vodícímu kanálu (6) je uvnitř plášťového tělesa (4) přiřazena volnoběžka, která působí proti vytažení tyče (7) z horního konce plášťového tělesa (4) v podélném směru tohoto plášťového tělesa (4) silovým stykem mezi tyčí (7) a podélným plášťovým tělesem (4), a že přídržný element na spodním dílu (3) je způsobilý tvarovým stykem zablokovat horní díl (30) palivového elementu (29) proti vytažení ze spodního dílu (3) ve směru podélné osy (4a) plášťového tělesa (4) a spodního dílu (3).

2. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídržný element náleží do skupiny zahrnující obvodovou štěrbinu (35), která je skloněná vůči podélné ose (4a) plášťového tělesa (4), obvodovou drážku, která je skloněná vůči podélné ose (4a) plášťového tělesa (4), a radiální výstupek.

3. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídržný element je upraven vně nebo uvnitř plášťové plochy spodního dílu (3).

-5CZ 282278 B6

4. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že radiální výstupek je vratně posuvný v radiálním směru.

5. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní díl (3) je uložen v plášťovém tělese (4) otočně kolem podélné osy (4a) tohoto plášťového tělesa (4).

6. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že volnoběžce je přiřazeno zařízení s teplotním čidlem, umístěné v plášťovém tělese (4), které reverzibilně zruší silový styk mezi plášťovým tělesem (4) a tyčí (7), když je teplota na teplotním čidle nižší než předem stanovená hodnota.

7. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že volnoběžka sestává z volného tělíska (8) pro záběr silovým stykem s tyčí (7), které se odvaluje na odvalovací ploše, uspořádané uvnitř plášťového tělesa (4), s odstupem vůči podélné ose (4a) plášťového tělesa (4), který se ve směru k hornímu konci plášťového tělesa (4) postupně zmenšuje, a že je opatřen pružinou (11), která se svým jedním koncem opírá o plášťové těleso (4) a svým druhým koncem působí na tělísko (8) pružnou silou směřující k hornímu konci plášťového tělesa (4).

8. Element jaderného reaktoru podle nároků 6 a 7, vyznačující se tím, že teplotní čidlo je podélným bimetalovým tělesem, sestávajícím z prvního kovového tělesa (12), které je svým jedním koncem upevněno na plášťovém tělese (4) a svým druhým koncem je upevněno na jednom konci druhého kovového tělesa (13), a že druhé kovové těleso (13) má větší součinitel tepelné roztažnosti než první kovové těleso (12), a na svém druhém konci je opatřeno unášecím tělesem (14) pro tělísko (8) ve směru od horního konce plášťového tělesa (4).

9. Element jaderného reaktoru podle nároku 5, vyznačující se tím, že spodní díl (3) je dutým válcem, který je uspořádán koaxiálně v podélném plášťovém tělese (4) a bez posuvu ve směru podélné osy (4a) plášťového tělesa (4), a že plášťové těleso (4) je opatřeno zaskakovacím ústrojím (36) pro zaskočení na horním dílu (30) palivového elementu (29).

10. Element jaderného reaktoru podle nároku 5, vyznačující se tím, že spodní díl (3) je zaskočitelný v předem stanovené poloze natočení v plášťovém tělese (4).

11. Element jaderného reaktoru podle nároku 2, vyznačující se tím, že obvodová štěrbina (35), popřípadě obvodová drážka ve spodním dílu (3), přechází na jednom svém konci do podélné štěrbiny (40), popřípadě podélné drážky, uspořádané mezi tímto koncem obvodové štěrbiny (35), popřípadě obvodové drážky, a spodním koncem plášťového tělesa (4).

12. Element jaderného reaktoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodicím kanálem (6) je vedena tyč (7), která je rozebíratelnou spojkou připojena k hornímu dílu (30) palivového elementu (29), a že horní díl (30) palivového elementu (29) je spojením s tvarovým stykem, na němž se podílí přídržný element, zavěšen na spodním dílu (3).