FI74162B - Kaernreaktor med styranordning foer styrstavar. - Google Patents

Description

1 74162

Ydinreaktori, jossa on säätösauvojen ohjauslaite

Keksintö koskee säätösauvojen ohjauslaitetta ydinreaktorissa, joka on kokonaisrakenteeltaan sellainen, että reak-5 tiivisuuden säätö tapahtuu siirtämällä säätösauvoja, jotka koostuvat useista absorptiosauvoista, joita ohjataan yhteisellä varrella ja jotka liikkuvat reaktorin sydämen muodostavien polttoaine-elementtien rungon muodostamissa putkissa. Tällainen rakenne esiintyy nimenomaan kevytvesireaktoreissa, 10 joissa polttoaine-elementit ovat yksiköitä, jotka on muodostettu lukuisista keskenään yhdensuuntaisista sauvoista. Sauvat ovat halkaisijaltaan pieniä ja ne on tuettu sivusuunnnassa ristikoilla, jotka on liitetty polttoaine-elementin rungon muodostaviin putkiin, joihin sauvat menevät säätösauvoja 15 siirrettäessä. Seuraavassa käytettävien termien selventämiseksi on vielä syytä mainita, että tämäntyyppisessä reaktorissa nimitetään "hämähäkiksi" sitä osaa, joka säätösauvan yläpäässä ja aina vastaavan polttoaineyksikön ulkopuolella yhdistää eri absorptiosauvat säteittäisten varsiensa avulla 20 yhteiseen ohjausvarteen.

Säätösauvojen toimintaa perustuu siihen, että absorboivat sauvat voidaan suunnata kokonaan sydämen ulkopuolelle. Säätösauvat ovat siis hyvin pitkiä; niiden pituus vastaa suunnilleen polttoaineyksiköiden pituutta. Säätösauvoilla ei 25 ole muuta keskinäistä liitäntää kuin yläpäässä, jossa "hämähäkki" on. Tästä johtuen säätösauvojen ohjaus on välttämätöntä, samoin jokainen absorboiva sauva on ohjattava erikseen, niiden koko siirtymispituudella sydämen yläpuolella.

Ohjaukseen käytetään perinteisesti putkikoteloita, 30 joita nimitetään myös ohjausputkiksi. Ne ovat pituudeltaan sellaisia, että ne peittävät koko pituuden alkaen tällöin sydänlevystä, joka rajaa sydämen yläosan, ylätukilevyyn asti, joka ottaa vastaan ohjausputkien painon. Ylälevyn läpi menevät tällöin vain säätösauvan absorptiosauvat polttoaineyksi-35 köihin työntyessään.

2 74162

Reaktorin ns. ylempiin sisälaitteisiin kuuluvat ohjaus-kotelot ovat primaarijäähdytysnesteessä, joka lähtee pystysuunnassa sydämen yläpäässä olevista polttoaineyksiköistä ja suuntautuu sitten sivulla oleviin poistoaukkoihin, joiden 5 kautta se poistuu sydämen käsittävästä paineastiasta. Koska tässä kohdassa on erittäin voimakas pyörrevyöhyke, koteloiden on pystyttävä ohjaamaan absorboivat sauvat tehokkaasti, niin että nämä voidaan työntää esim. hätäpysäytyksen aikana mahdollisimman nopeasti polttoainesauvojen väliin. Lisäksi 10 koteloiden on oltava mekaanisesti erittäin lujia. Niiden on kestettävä siis sekä vääntämistä että taivuttamista, ts. niiden on kestettävä ne suuret säteis- ja värähtelyvoimat, jotka syntyvät primaarijäähdytysaineen pyörretilasta sekä lisäksi myös seismisiin ilmiöihin liittyvät voimat. Lisäksi niiden 15 on kestettävä muotoaan muuttamatta äkilliset painevaihtelut, nimenomaan primaaripiirin putken murtuessa. Lisäksi koteloiden on osallistuttava primaarinesteen poistamiseen ja ohjaamiseen tämän tullessa sisäpuolelle säätösauvan absorptiosau-vojen läpimenoaukoista, niin että kuormitushäviö on mahdolli-20 simman pieni.

Näiden vaatimusten täyttämiseksi on jo ehdotettu absorboivien sauvojen erillisohjauksen vahvistamista koteloiden alapäässä. Jo tunnetussa rakenteessa, jota on selostettu FR-patentissa nro 2 397 043, tähän tarkoitukseen käytetään oh-25 jauslaitetta, jossa on koteloiden lisäksi ja niiden sisäpuolella vaakaosat, jotka jakautuvat tasaisesti kotelon koko korkeudelle. Kotelon alavyöhykkeessä on tällöin lisäksi yksikkö, johon kuuluu aukollisia pystyputkia ja säteittäisesti järjestettyjä pystylevyjä ja joka yhdistää vaakaosat toisiin-30 sa, jolloin saadaan pitkittäisohjaus, joka jatkuu tässä vyöhykkeessä ja mahdollistaa absorboivien sauvojen ja myös "hämähäkin" vapaan liikkeen. Pitkittäisaukot, jotka mahdollistavat "hämähäkin" liikkumisen, heikentävät kuitenkin tuntuvasti putkien mekaanista kestävyyttä. Lisäksi putkien tehoa 35 rajoittaa tietty painegradientti vaakatasossa, niin että putkien ollessa avoinna absorboiva pyrkii siirtymään putken sei- 3 74162 nämää vasten, jolloin syntyy kitkan aiheuttamaa kulumista. Tämän rajoittamiseksi putkien välissä oleviin säteittäisiin levyihin onkin tehty nesteen tyhjennysaukot.

Erään toisen ratkaisun mukaan (FR-patentti nro 5 2 202 339) sydämen ylälevy on vahvistettu välilevyllä, joka sijaitsee tietyssä ylätasossa primaarinesteen voimakkaimmal-la pyörrealueella paineastian putkien tason yläpuolella; itse asiassa sydämen sisältävän reaktioastian putkien tason yläpuolella, jotka putket hoitavat jäähdytysnesteen syötön 10 ja poiston. Kotelot eivät mene välilevyn läpi, mutta ainoastaan putket, jotka ohjaavat yksilöllisesti absorptiosauvoja ja toimivat samalla poikittaisosina sekä pitävät molemmat levyt (sydänlevy ja välilevy) paikallaan. Tässä tapauksessa kotelot jäävät siis voimakkaimman pyörrealueen ulkopuolelle, 15 samoin myös säätösauvojen ohjausosa. Tämä ratkaisu on kuitenkin mahdollinen vain silloin, kun voidaan käyttää halkaisijaltaan suhteellisen suuria putkia, joilla on riittävän suuri mekaaninen kestävyys. Sen sijaan tätä menetelmää ei voida käyttää halkaisijaltaan pienet asborptiosauvat käsit-20 tävien säätösavuojen ohjaamiseen. Tätä epäkohtaa ei ole myöskään pystytty kokonaan eliminoimaan tämän ratkaisun rakenne-muunnelmassa (FR-patenttihakemusjulkaisu nro 2 254 859), jossa välilevy on laskettu alas ja varustettu jäähdytysnes-teaukoilla, niin että kierto pysyy tässä tasossa oleellises-25 ti nousevana.

Ohjauslaitteiden epäkohtien poistamiseksi tämänkertainen keksintö esitteleekin uuden laitteen, joka on erittäin tukeva, kuluttaa vähemmän absorptiosauvoja ja on valmistuskustannuksiltaan edullisempi.

30 Keksinnön kohteena on ydinreaktori, joka käsittää reak tiivisuuden säätösauvat, jotka sisältävät useita absorboivia sauvoja, jotka liikkuvat pystysuunnassa reaktorin sydämen ylärajan muodostavan sydänlevyn läpi, jolloin absorboivat sauvat on liitetty säteisvarret käsittävällä osalla toisiin-35 sa ja yhteiseen aksiaaliseen käyttövarteen, reaktorin käsittäessä lisäksi sydämen ulkopuolella ohjauslaitteet säätö- _____ - ΤΓ^ __- 4 74162 sauvojen siirtymisen ohjaamiseksi, jolloin ohjauslaitteet käsittävät ohjauskotelot, jotka on liitetty eri säätösauvoi-hin, ja jokaisen kotelon sisäpuolella olevat levyt, jotka suorittavat eri sauvojen ja säteisvarret käsittävän osan 5 epäjatkuvan ohjauksen välitasoissa, jolloin jokainen kotelo on liitetty sauvojen jatkuvan ohjaamisen putkiin.

Keksinnölle on tunnusomaista, että putket yhdistävät kaksi koteloon kuuluvien sauvojen läpimenoa varten sovitettua putkilevyä toisen levyn sulkiessa kotelon ja toisen le-10 vyn muodostaessa asemointilaipan sydänlevyyn.

Koteloiden alapäässä olevat putket ovat edullisesti ilman sivuaukkoa niiden koko pituudella molempien putkile-vyjen välissä, joten ne kestävät paremmin ohuempinakin. Toisaalta näin vältetään se, ettei sauvoihin pääse tässä tasos-15 sa kohdistumaan vaakasuoraa painetta, joka lisäisi niiden kitkaa putkien sisäpintaa vasten ja siten niiden kulumista. Kuitenkin primaarijäähdytysneste, joka lähtee sydämestä sy-dänlevyn läpi, kiertää vapaasti vapaassa tilassa putkia pitkin ja koteloiden välissä, ts. paljon vapaammin kuin aikai-20 semmin käytetyissä laitteissa. Koteloihin ei tule sanottavasti primaarinestettä, joten niissä on mieluimmin vain pysyvän paineen aukot, jotka eivät heikennä niiden lujuutta. Säätösauvojen ohjauslaitteesta johtuvat kuormitushäviöt ovat yleensä suhteellisen pieniä.

25 Jotta voitaisiin välttää nousevan kierron tehostumi nen koteloissa, on edullista, ettei kotelot sulkevissa put-kilevyissä ole muita aukkoja kuin ne aukot, joiden kautta imusauvat menevät ohjausputkiin. Päinvastoin kuin epäjatkuvan ohjauksen välilevyt, jotka sijaitsevat jokaisen kotelon 30 sisäpuolella, sulkulevy ei päästä "hämäkkiä" lävitseen.

Seuraavassa selostetaan esimerkkinä yksityiskohtaisesti erästä sellaista reaktorirakennetta, jossa on keksinnön mukainen säätösauvojen ohjaus. Selostuksessa viitataan kuvioihin 1-6, joissa 35 kuvio 1 on yleispystyleikkaus reaktorin yläosasta, 5 74162 kuvio 2 esittää pystyleikkauksena yksityiskohtaisemmin säätösauvojen ohjauslaitetta, kuvio 3 on poikkileikkaus kuvion 2 laitteesta linjaa III-III pitkin, 5 kuivo 4 on toinen poikkileikkaus samasta laitteesta kuvion 2 linjaa IV-IV pitkin, kuvio 5 on vielä eräs poikkileikkaus samasta laitteesta kuvion 2 linjaa V-V pitkin, ja kuvio 6 esittää ohjauslaitteen erästä rakennemuunnel- 10 maa.

Reaktori on vesireaktori, jossa sen sydän on sijoitettu paineistettuun paineastiaan jäähdytysveden kiertäessä sydämen läpi noususuuntaan. Koska keksintö koskee reaktiivisuuden säätösauvojen ohjausta sydämen yläpuolella, kuvas-15 sa nähdään vain reaktorin yläosa. Kuvasta nähdään kuitenkin osittain sydän 4, paineastia 1, sen kansi 2 ja sivulla veden poistoputki 3.

Sydän koostuu tavalliseen tapaan vierekkäisistä polt-toaineyksiköistä 5, joista jokainen käsittää lukuisia pysty-20 suoria polttoainesauvoja. Sydänlevy 6 rajaa sydämen yläpinnan heti polttoaineyksiköiden yläpuolella. Reaktiivisuuden säätö tapahtuu työntämällä säätösauvoja enemmän tai vähemmän joihinkin sydämen yksiköihin. Säätösauvat 7 käsittävät aina useita sauvoja 8, jotka ovat absorboivaa ainetta ja lii-25 tetty yhteen yläpäistään säteisvarret käsittävällä "hämähäkillä" 9, joka liittyy kiinteästi käyttövarteen io. Tangot 7 ohjataan paineastian ulkopuolelta, niin että absorptiosau-vat siirtyvät pituussuunnassa vastaavan yksikön polttoaine-sauvojen väliin. Sydänlevyssä 6 on aukot, joiden kautta 30 absorptiosauvat pääsevät siirtymään sydämeen ja joiden kautta jäähdytysvesi pääsee poistumaan sydämestä poistoputkiin 3, jotka sijaitsevat sydänlevyn 6 tasoa ylempänä.

Sydämen yläpuolella säätösauvojen siirtymisliike ohjataan suuntaissärmiökoteloilla 12. Ne on kiinnitetty pys-35 tyasentoon ylätukilevyyn 13, joka siirtää säätösauvojen ohjauslaitteen painon paineastiaan 1. Koteloiden 12 ulkopuo- 6 74162 lella sydänlevy 6 ja ylätukilevy 13 on liitetty toisiinsa pylväillä 14.

Jokainen kotelo 12 ympäröi ohjaamansa säätösauvayk-sikköä. Kotelo menee ylätukilevyn 13 läpi tätä varten teh-5 dystä reiästä ja kiinnittyy tukilevyyn liitososalla 16. Kotelon sivussa on reiät 17, jotka jakautuvat tasaisesti sen koko korkeudelle ja joiden tehtävänä on saada aikaan paine-tasapaino kotelon sisä- ja ulkopuolen välillä. Koteloon on eri tasoille säännöllisin välein sijoitettu väliohjauslevy-10 jä 18. Jokainen levy liittyy kotelon neljään pintaan kotelon seinämään tehtyjen aukkojen 20 avulla. Levy on hitsattu koteloon näiden aukkojen kohdalle. Välilevyt 18 suorittavat kotelon sisäpuolella säätösauvan eri elementtien ohjauksen. Tätä varten levyissä (kuva 3) on pyöreät reiät 21 absorptio-15 sauvoja varten sekä lisäksi säteen suuntaiset aukot 22, jotka liittyvät reikiin 21 ja yhdistävät nämä suureen keski-aukkoon 23, niin että "hämähäkit" ja käyttövarsi saadaan menemään sen läpi ja voidaan ohjata.

Kotelon alapäähän hitsattu päätylevy 25 on sen sijaan 20 putkilevy, jossa on reiät vain absorptiosauvoja varten (kuva 4), joten "hämähäkki" ei pääse menemään sen läpi alas. Levy 25 on esim. 200 mm sydänlevyn 6 yläpuolella. Tällä etäisyydellä absorptiosauvojen ohjaus tapahtuu yksilöllisesti ja lisäksi jatkuvana toimintona. Tätä varten kotelon alapäähän 25 on järjestetty ryhmä putkia 26, jotka peittävät tämän etäisyyden.

Putkien 26 sisähalkaisija vastaa suunnilleen sauvojen ulkohalkaisijaa. Absorptiosauvat menevät putkien läpi pituussuunnassa. Putket on hitsattu yläpäästään päätylevyyn 25 ja 30 alapäästään levyyn 27, joka toimii koteloyksikön ja sen putkien asemointilaippana sydänlevyssä 6. Asemointi tapahtuu ilman jäykkää kiinnitystä keskiöintitapeilla 28, jotka on kiinnitetty sydänlevyyn ja joiden välissä kotelo sijaitsee. Asemointilevyssä 27 (kuva 5) on reiät 29, jotka vastaavat 35 erisauvojen ohjausputkia, sekä lisäksi aukot 31 sydänlevyn aukkoja vastapäätä sydämestä lähtevää jäähdytysvettä varten.

7 74162

Putkien 26 rajaamassa vyöhykkeessä vesi virtaa vapaasti putkien välissä. Putkien sisä- ja ulkopuolen välillä ei ole poikittaisyhteyttä. Virtauksen suunnanmuutos tapahtuu juuri tässä vyöhykkeessä, ts. paineastian poistoputken 3 5 suuntaan. Säätösauvojen ohjauslaitteen synnyttämä kuormitus-häviö on minimi. Lisäksi tämä rakenne on saatu helposti mekaanisesti hyvin tukevaksi, niin että se kestää pyörretilas-ta johtuvat kuormitukset.

Kuviossa 6 nähdään vielä eräs rakennemuunnelma ohjaus-10 laitteen ylälevystä. Jotta virtauksen suunnanvaihto saadaan tehokkaammaksi, levy 25' voidaan tehdä yhtenä kappaleena.

Sen alapinnassa 32 on tällöin kaariprofiili, joka voi olla esim. kartion tai haarautuvan kartion muotoinen. Levy 25' voidaan tehdä myös kahtena osana, ts. tasaisesta levystä ja 15 muotolevystä. Muilta osin sen valmistus vastaa kuvan 2 rakennetta .

Keksintö ei ole rajoitettu edellä esimerkkinä esitettyihin rakenneyksityiskohtiin, vaan se käsittää kaikki rakennemuunnelma t. Näin ollen esim. putkikoteloita vastaavia 20 yksiköitä voidaan käyttää säätösauvanipun sauvojen ohjaamiseen säätösauvan käsittäessä tällöin useita sydämen polttoaineyksiköitä.

Claims (5)

8 74162

1. Ydinreaktori, joka käsittää reaktiivisuuden säätö-sauvat, jotka sisältävät useita absorboivia sauvoja (8), 5 jotka liikkuvat pystysuunnassa reaktorin sydämen ylärajan muodostavan sydänlevyn (6) läpi, jolloin absorboivat sauvat on liitetty säteisvarret käsittävällä osalla (7) toisiinsa ja yhteiseen aksiaaliseen käyttövarteen (10), reaktorin käsittäessä lisäksi sydämen ulkopuolella ohjauslaitteet säätö- 10 sauvojen siirtymisen ohjaamiseksi, jolloin ohjauslaitteet käsittävät ohjauskotelot (12) , jotka on liitetty eri säätö-sauvoihin, ja jokaisen kotelon sisäpuolella levyt (20), jotka suorittavat eri sauvojen ja säteisvarret käsittävän osan (7) epäjatkuvan ohjauksen välitasoissa, jolloin jokainen 15 kotelo (12) on liitetty sauvojen jatkuvan ohjaamisen putkiin (26), tunnettu siitä, että putket (26) yhdistävät kaksi koteloon kuuluvien sauvojen läpimenoa varten sovitettua putkilevyä toisen levyn (25) sulkiessa kotelon ja toisen levyn muodostaessa asemointilaipan (27) sydänlevyyn.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reaktori, tun nettu siitä, että putkissa (26) ei ole sivuaukkoja.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että kotelon sulkevassa putkilevys-sä (25) on vain ne aukot, joiden läpi absorboivat sauvat 25 (8) menevät jatkuvan ohjauksen putkiin (26).

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että asemointilaippa (27) paitsi putkien (26) sisäänviemisaukkoja (29) käsittää aukot (31) jäähdytysnestettä varten, joka poistuu reaktorin sydämestä 30 sydänlevyn läpi.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen reaktori, tunnettu siitä, että kotelon sulkevan putkile-vyn (25) alapinnassa on profiloitu poikkeutuslaite (32), joka edistää jäähdytysnesteen jakautumista nesteen suunnan 35 muuttuessa nousevasta pystyvirtauksesta poikittaisvirtauk-seksi. 741 62