RO117880B1

RO117880B1 - Distantier pentru mentinerea spatiului intre o conducta exterioara si o conducta interioara

Info

Publication number: RO117880B1
Application number: RO99-01319A
Authority: RO
Inventors: David A Scott
Original assignee: Ca Atomic Energy Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2002-08-30
Also published as: US5892806A; CA2292626A1; WO1998058388A1; KR20010013803A; AU7754498A; TR199903101T2; CA2292626C; CN1260902A

Abstract

Inventia se refera la un distantier pentru mentinerea spatiului intre o conducta exterioara si o conducta interioara, de preferinta intre o conducta de presiune si conducta fierbatorului tubular, intr-un reactor nuclear. Distantierul conform inventiei cuprinde un inel cu canelura, adaptat pentru a fi dispus pe suprafata exterioara a conductei de presiune (12), inel care are o pozitie de corp inelar, centrala (21), cu o suprafata de reazem inelara (22), bombata, adaptata sa faca contactul cu suprafata interioara a conductei fierbatorului tubular (14) si sa previna contactul dintre suprafata exterioara si suprafata interioara; o fateta de ghidare inelara (24 si 26), care se proiecteaza de pe fiecare parte a portiunii de corp centrale (21) si o canelura transversala (28) pe portiunea de corp inelar centrala si fatetele de ghidare (24 si 26), niste coliere (30 si 32) adaptate spre a fi primite pe fatetele de ghidare (24 si 26) si care sa fie capabile sa creeze un ajustaj cu strangere intre inel si conducta de presiune, si mai departe, sa reduca miscarea axiala a distantierului (18) pe conducta de presiune (12).

Description

Invenția se referă la un distanțier pentru menținerea spațiului între o conductă exterioară și o conductă interioară, de preferință, între o conductă de presiune și conducta fierbătorului tubular, într-un reactor nuclear. Invenția se ocupă, în special, de un distanțier care este fixat pe suprafața exterioară a conductei de presiune, care conține fasciculele de combustibil, poziționate fiecare, în interiorul unei conducte de fierbător tubular.

Este necesar să se mențină un spațiu inelar între conducta de presiune și conducta fierbătorului tubular pentru a permite circulația gazelor care izolează termic conducta de presiune și conducta fierbătorului tubular, relativ mai rece, și moderatorul de apă grea, care circulă în spațiul exterior conductei fierbătorului tubular.

în mod convențional, un distanțier cu garnitură arc a fost folosit spre a menține spațiul dintre conducta de presiune și conducta fierbătorului tubular. Un distanțier cu garnitură arc este un arc elicoidal fără capăt, dispus în jurul conductei de presiune. Spirele sale ating atât pereții conductei de presiune cât și ai conductei fierbătorului tubular. Arcul nu este atașat de nici o conductă. Un distanțier cu garnitură arc a fost prezentat în brevetul US 3106520 acordat lui Wolfe et al. în 08.10.1963.

_ în timp ce distanțierul cu garnitură arc este eficient pentru a susține conducta de presiune în interiorul conductei fierbătorului tubular, există totuși o serie de deficiențe în folosirea acestuia.

Deoarece distanțierele cu garnitură arc nu sunt atașate nici de conducta de presiune, nici de conducta fierbătorului tubular, ele trebuie să fie instalate pe conducta de presiune, după ce aceasta a fost montată în interiorul conductei fierbătorului tubular. Ca rezultat, instalarea distanțierelor cu garnitură arc, este un proces dificil care necesită operații minuțioase, la nivelul feței reactorului.

Dificultatea instalării distanțierelor este de o semnificație aparte față de procedeele de înlocuire a canalelor de combustibil deoarece, de fiecare dată ce canalele de combustibil sunt înlocuite, distanțierele trebuie să fie reinstalate. în consecință, procedeul este încet și costisitor. Un procedeu îmbunătățit de înlocuire a canalelor de combustibil este dorit nu doar spre a reduce timpul și costul operației, dar și spre a reduce nivelul dozei de radiație la care pot fi expuse persoanele care înlocuiesc canalele de combustibil.

Un alt dezavantaj la distanțierele cu garnitură arc, este acela că au tendința de a se mișca axial, de-a lungul conductei de presiune, în timpul funcționării reactorului.

Această mișcare se datorează vibrației și modificărilor ciclice în legătură cu dilatările termice. Când apare mișcarea axială, distanțierele trebuie repoziționate. Repoziționarea distanțierelor este dificilă și costisitoare și poate avea ca rezultat expunerea la radiații a operatorilor.

Mai mult decât atât, geometria distanțierului cu garnitură arc a limitat materialele care pot fi folosite la fabricarea lui; distanțierele cu garnitură arc conțin, în mod obișnuit, Inconel.

Ar fi de dorit să folosim doar aliaje de zirconiu pentru a reduce consumul de combustibil și pentru a crește eficiența neutronilor indiferent de faptul că, materialul respectiv este casant și face dificilă procesarea în formă de arc.

Mai mult, ar exista problema ca o garnitură cu arc, formată doar din aliaj de zirconiu, să se rupă în timpul ciclului de viață al reactorului.

Distanțierele cu garnitură arc sunt, de asemenea, cunoscute că provoca uzură pe peretele interior al conductei fierbătorului tubular, lucru care poate reduce rezistența conductei.

Astfel, este nevoie de un distanțier de conductă de presiune care să mențină un spațiu între conducta de presiune și conducta fierbătorului tubular și care să elimine unele din dificultățile inerente în folosirea distanțierelor din domeniul cunoscut al tehnicii, cum ar fi distanțierul cu garnitură arc.

RO 117880 Β1

Conform prezentei invenții se asigură un distanțier pentru menținerea unei conducte 50 interioare în relație de spațiere cu o conductă exterioară, distanțier care cuprinde un inel canelat adaptat pentru a fi dispus pe lângă suprafața exterioară a conductei interioare, inel care are o porțiune de corp inelar centrală, prevăzută cu o suprafață de reazem bombată adaptată să facă contact cu suprafața interioară a conductei exterioare și să prevină contactul între suprafața exterioară și suprafața interioară, o fațetă inelară de ghidare care se 55 proiectează de fiecare parte a porțiunii de corp centrale și o canelură transversală prin porțiunea de corp inelar centrală și prin fațetele de ghidare, fiecare dintre fațetele de ghidare fiind adaptate să primească un colier (manșon) spre a închide eficient canelura și a crea un ajustaj cu strângere între inel și conducta interioară și, de aici, să împiedice mișcarea axială a distanțierului pe tubul interior. 60

Conform altui aspect al prezentei invenției, se asigură un distanțier pentru menținerea unei conducte de presiune în relație de spațiere cu o conductă de fierbător tubular al unui reactor nuclear, distanțier care cuprinde un inel canelat adaptat pentru a fi dispus pe lângă suprafața exterioară a tubului de presiune, inel care are o porțiune de corp inelar centrală, cu o suprafață de reazem bombată adaptată să facă contact cu suprafața interioară a 65 conductei fierbătorului tubular și să prevină contactul între suprafața exterioară și suprafața interioară, o fațetă inelară de ghidare care se proiectează din fiecare parte a porțiunii de corp centrale și o canelură transversală prin porțiunea de corp inelar centrală și prin fațetele de ghidare, fiecare dintre fațetele de ghidare fiind adaptate să primească un colier (manșon) spre a închide eficient canelura și a crea un ajustaj cu strângere între inelul și conducta de 70 presiune și de aici, să împiedice mișcarea axială a distanțierului pe tubul de presiune.

Conform altor aspecte ale invenției, fațetele de ghidare pot avea fiecare o canelură sau bordură pentru a reține colierul deasupra; de asemenea, se poate asigura o concavitate în porțiunea de corp inelar, centrală, care să formeze un spațiu poros, inelar, între suprafața de reazem și conducta de presiune, iar fațeta de ghidare poate avea o manta pentru a 75 reduce transferul de căldură sau frecarea dintre inelul și conducta exterioară.

Prezenta invenție asigură un distanțier care este fixat pe peretele exterior al conductei de presiune, pentru a preveni mișcarea axială a distanțierului pe conducta de presiune. Prin limitarea acestei mișcări axiale, invenția depășește multe din problemele distanțierelor din domeniul cunoscut al tehnicii. 80

Distanțierul poate fi instalat pe conducta de presiune înainte ca aceasta să fie instalată în conducta fierbătorului tubular, astfel îmbunătățindu-se instalarea și procedeele de înlocuire a canalelor de combustibil.

Mai mult, repoziționarea distanțierului în condiții normale, nu mai este necesară.

Invenția prezintă următoarele avantaje: 85

- construcție simplă și siguranță mărită în exploatare;

- preț de cost redus, fără afectarea randamentului de transfer termic;

- fiabilitate ridicată.

Se dau, in continuare, mai multe exemple de realizare ale invenției, în legătură și cu fig. 1...3, care reprezintă: 90

- fig. 1, reprezentare schematică a montajului canalului de combustibil, în vedere transversală;

- fig. 2, vedere în secțiune lateral-verticală, a unei conducte de presiune cu distanțierul conform prezentei invenții;

- fig. 3, vedere plan transversală a conductei de presiune, cu distanțierul, conform 95 fig. 2.

Montajul canalului de combustibil folosit în mod obișnuit într-un reactor CANDU este prezentat în fig. 1. Fasciculele de combustibil 10 sunt aranjate, cap la cap, în conducta de

RO 117880 Β1 presiune 12 care, la rândul ei, este încastrată în conducta fierbătorului tubular 14. Gazul, în mod obișnuit, dioxid de carbon, circulă prin spațiul inelar 16, dintre conducta de presiune 12 și cea a fierbătorului tubular 14, pentru a izola termic conducta de presiune 12, de conducta fierbătorului tubular 14 și moderatorul de apă grea care curge în spațiul 17, în exteriorul conductei fierbătorului tubular 14. Apa grea, ca lichid de răcire, este conținută în conducta de presiune 12.

Conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14 sunt fixat în relație coaxială, la fiecare capăt, de straturile finale de armătură ale conductei fierbătorului tubular și nu se sprijină între ele. Pe măsură ce reactorul îmbătrânește, conducta de presiune 12 este supusă deformării.

Distanțierul din prezenta invenție se aplică la suprafața exterioară a conductei de presiune 12 pentru a preveni contactul suprafeței exterioare a conductei de presiune 12 cu suprafața interioare a conductei fierbătorului tubular 14.

Distanțierul conform invenției este prezentat în fig.. 2 și 3. Distanțierul, identificat ca ansamblu, cu numărul de referință 18, are un inel cilindric 20 de secțiune transversală, în general, circulară, care are o porțiune de corp centrală, inelară 21 și niște fațete de ghidare 24 și 26 care se proiectează pe fiecare parte a porțiunii de corp central 21, în contact cu conducta de presiune 12. Porțiunea centrală de corp 21 are o suprafață de reazem 22, bombată. Diametrul interior al fațetelor de ghidare 24 și 26 este aproximativ egal cu diametrul exterior al conductei de presiune 12. Inelul cilindric 20 poate fi format, în mod avantajos, cu o concavitate 27, sub porțiunea de corp central 12.

Când conducta de presiune 12 este asamblată, concavitatea 27 formează un spațiu poros, care reduce transferul de căldură între conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14. Niște coliere inelare 30, 32 sunt dispuse pe fațetele de ghidare 24 și 26 și sunt dimensionate, astfel încât să fie forțate în fațetele de ghidare 24 și 26 și, de aici o canelură îngustă 28 să creeze un ajustaj cu strângere între distanțierul 18 și conducta de presiune 12. în acest mod, colierele 30 și 32 strâng, în mod eficient, distanțierul împiedicând mișcarea axială pe conducta de presiune 12.

în practică, o multitudine de distanțiere 18 sunt instalate la intervale regulat distanțate, de-a lungul fiecărei conducte de presiune 12. Pentru a face față variațiilor de diametru ale conductei de presiune 12, colierele inelare 30, 32 sunt selectate dintr-un set de coliere, care au mici variații în diametru, pentru a realiza ajustajul cu strângere, cerut la pozițiile la care urmează să fie instalate.

Colierele inelare 30 și 32 pot fi reținute pe fațetele de ghidare 24 și 26, prin orice mijloace potrivite. Dacă se dorește, fațetele 24 și 26 pot fi realizate cu caneluri mici, în care colierele 30 și 32 pot fi introduse forțat sau, opțional, pot avea borduri ridicate peste care colierele 30 și 32 pot fi forțate. După cum se arată în fig. 3, fațetele de ghidare 24 și 26 au niște caneluri inelare 34 și 36, formate pe ele.

în timp ce conducta de presiune 12 este prezentată în fig. 3, ca fiind dispusă concentric în conducta fierbătorului tubular 14, va fi de înțeles că, pe măsură ce conducta de presiune 12 se deformează, distanțierul 18 se deplasează față de poziția sa din conducta fierbătorului tubular 14 și eventual, suprafața de reazem bombată 22 va adera la suprafața interioară a conductei fierbătorului tubular 14 și de aici, va împiedica contactul dintre conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14 și va menține distanțate conductele 12 și 14.

Nivelul până la care suprafața de reazem 22 este ridicată deasupra fațetelor de ghidare 24 și 26, depinde de diametrele relative ale conductei de presiune 12 și conductei

RO 117880 Β1 fierbătorului tubular 14. Trebuie să se mențină spațiu suficient între distanțierul 18 și conducta fierbătorului tubular 14, pentru a permite circulația gazelor în spațiul inelar 16 luând în considerare deformarea în diametru a conductei de presiune 12 care apare în timpul funcționării.

Pe măsură ce conductele de presiune îmbătrânesc, intervine o ușoară creștere în 150 diametru cunoscută specialiștilor în domeniu, sub denumirea de deformare în diametru, remanentă.

Distanțierele convenționale cu garnitură arc sunt proiectate să realizeze un ajustaj lejer la conducta de presiune spre a pune de acord variațiile în diametru și deformarea conductei de presiune. Acest lucru are ca dezavantaj principal faptul că distanțierele conven- 155 ționale cu garnitură arc pot fi dislocate din poziția lor inițială în timpul exploatării reactorului, având ca rezultat posibilitatea depășirii spațiului dintre distanțierele cu garnitură arc adiacente, față de spațiul cerut pentru menținerea conductei de presiune în afara contactului cu conducta fierbătorului tubular. în asemenea împrejurări sunt necesare procedee costisitoare și îndelungate spre a repoziționa garniturile cu arc. în prezenta invenție, canelura 160 îngustă 28 pune de acord variațiile în diametru ale conductei de presiune și poate permite expansiunea inelară a inelului cilindric 20. Colierele 30 și 32 sunt făcute, de preferință, din același material folosit pentru fabricarea conductelor de presiune 12. în alternanță, colierele 30 și 20 pot fi făcute dintr-un alt material decât conducta de presiune 12, cu condiția ca coeficientul de deformare al materialelor să fie substanțial același. Această potrivire a 165 coeficienților de deformare este avantajoasă deoarece colierele 30 și 32 nu se vor desprinde (după cum s-ar întâmpla dacă ar avea o rată de deformare mai ridicată decât cea a conductei de presiune) și nici nu vor limita expansiunea conductei de presiune (după cum s-ar întâmpla dacă ar avea o rată de deformare mai scăzută decât cea a conductei de presiune). 170 în cazul conductei de presiune fabricate din aliaj de zirconiu, colierele 30 și 32 sunt de preferință, din același aliaj de zirconiu. Inelul cilindric 20 este, de preferință, fabricat tot din aliaju de zirconiu. Oricum, datorită canelurii 28, nu este necesar să se asigure ca inelul cilindric 20 să fie din același material sau din altul având același coeficient de deformare în diametru, precum conducta de presiune. 175

Unul din avantajele prezentei invenții este că, datorită faptului că distanțierul 18 își menține poziția pe conducta de presiune 12, distanțierul 18 poate fi aplicat pe conducta de presiune 12 înainte ca aceasta să fie inserată în conducta fierbătorului tubular 14 și distanțierul 18 nu este dislocat în timpul inserției. Ca rezultat, este evitat procedeul dificil și minuțios de instalare a distanțierelor la fața reactorului. Folosirea distanțierelor din prezenta 180 invenție are, ca rezultat, o reducere semnificativă a timpului de instalare și a expunerii la radiații a operatorilor. în mod similar, capacitatea de a aplica distanțierul 18 la conducta de presiune 12 înainte ca aceasta să fie instalată în reactor, îmbunătățește siguranța și eficiența procedeelor de înlocuire a canalelor de combustibil.

în timpul funcționării, distanțierul conform prezentei invenții, își menține de asemenea 185 poziția pe conducta de presiune și nu suportă o mișcare axială care caracterizează unele din distanțierele cunoscute în domeniu. în acord cu aceasta, în condiții normale, nu este necesară repoziționarea distanțierelor.

Geometria distanțierului prezentei invenții asigură și alte avantaje. Permite ca distanțierul să fie constituit din aliaj de zirconiu. Folosirea aliajului de zirconiu este benefică datorită 190 consumului redus de combustibil și eficienței crescute a neutronilor, inerente în acele materiale, în comparație cu cele folosite și fabricate din material cunoscut sub denumirea Inconel, în fabricarea distanțierelor convenționale cu garnitură arc.

RO 117880 Β1

X

Geometria permite de asemenea, ca suprafața de reazem 22 să aibă aplicată o manta de protecție din oxid de zirconiu. Protecția poate fi aplicată prin tehnica de pulverizare în plasmă sau altă tehnică potrivită cunoscută în domeniu. Mantaua proiectivă de oxid are un număr de funcții benefice. în primul rând, reduce uzura pe peretele interior al conductei fierbătorului tubular 14, acolo unde conducta acestuia atinge suprafața de reazem 22. Această uzură minimă menține rezistența conductei care este necesară pentru funcționarea în siguranță a reactorului și pentru a răspunde cerințelor de reglare. în al doilea rând, permite mișcarea relativă dintre suprafața de reazem 22 și conducta fierbătorului tubular 14, mișcare necesară datorită expansiunii termice diferite dintre conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14 și care să permită deformarea diferită dintre aceste două componente. în al treilea rând, asigură un transfer scăzut de căldură între conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14. Se pot folosi și alte mantale de protecție potrivite spre a asigura funcțiile sus menționate.

în plus, concavitatea 27 asigură o barieră termică între conducta de presiune 12 și conducta fierbătorului tubular 14 și previne apariția unor puncte de răcire pe conducta de presiune 12 care pot avea ca rezultat formarea de bule de aer nedorite; prezența sa reduce, de asemenea și cantitatea de material cerută pentru a forma inelul cilindric 20.

Deși prezenta invenție a fost descrisă cu referire specială la folosirea ei pentru menținerea conductei de presiune în relație de spațiere cu conducta fierbătorului tubular dintr-un reactor nuclear, invenția are o mai mare aplicabilitate pentru menținerea spațiului între o conductă exterioara și o conductă interioară.

Claims

Revendicări

1. Distanțier pentru menținerea spațiului între o conductă exterioară și o conductă interioară, de preferință, între o conductă de presiune și o conductă a unui fierbător tubular, într-un reactor nuclear, caracterizat prin aceea că acesta cuprinde un inel cu canelura, adaptat pentru a fi dispus pe suprafața exterioară a conductei de presiune (12), inel care are o poziție de corp inelar, centrală (21), cu o suprafață de reazem inelară (22) bombată, adaptată să facă contact cu suprafața interioară a conductei fierbătorului tubular(14) și să prevină contactul dintre suprafața exterioară și suprafața interioară; o fațetă de ghidare inelară (24, 26), care se proiectează de pe fiecare parte a porțiunii de corp centrale (21) și o canelură transversală (28) pe porțiunea de corp inelar, centrală și fațetele de ghidare (24, 26); niște coliere (30, 32) adaptate spre a fi primite pe fațetele de ghidare (24, 26) și care să fie capabile să creeze un ajustai ^cu strângere între inel și conducta de presiune și mai departe, să reducă mișcarea axială a distanțierului (18) pe conducta de presiune (12).
2. Distanțier conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că fiecare dintre fațetele de ghidare (24, 26) are o canelură îngustă (28) sau o bordură spre a reține colierul.
3. Distanțier conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că inelul cu canelură (20) are o concavitate (27) formată în porțiunea de corp inelar centrală (21), concavitate care formează un spațiu poros inelar între suprafața de reazem (22) și conducta de presiune (12).
4. Distanțier conform revendicărilor 1...3, caracterizat prin aceea că colierele (30, 32) sunt făcute dintr-un material care are, în mod substanțial, același coeficient de deformare în diametru ca și conducta de presiune (12).
5. Distanțier conform revendicărilor 1... 3, caracterizat prin aceea că colierele (30, 32) sunt făcute din același material ca și conducta de presiune (12).
6. Distanțier conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că colierele (30, 32) sunt fabricate din aliaj de zirconiu.

RO 117880 Β1
7. Distanțier conform revendicărilor 1...3, caracterizat prin aceea că colierele (30, 32) și inelul cu canelură (20) sunt făcute din același material ca și conducta de presiune (12).
8. Distanțier conform revendicării 7, caracterizat prin aceea că colierele (30, 32) și inelul cu canelură (20) sunt fabricate din aliaj de zirconiu.
9. Distanțier conform revendicărilor 1... 3, caracterizat prin aceea că suprafața de reazem (22) are o manta de protecție spre a reduce transferul de căldură dintre inel și conducta fierbătorului tubular (14).
10. Distanțier conform revendicărilor 1...3, caracterizat prin aceea că suprafața de reazem (22) are o manta de protecție, spre a reduce uzura dintre inel și conducta fierbătorului tubular (14).
11. Distanțier conform revendicărilor 9 și 10, caracterizat prin aceea că mantaua de protecție este oxid de zirconiu.