RU2079903C1

RU2079903C1 - Device for securing blanket segments on the vessel of a thermonuclear reactor

Info

Publication number: RU2079903C1
Application number: RU95102133/25A
Authority: RU
Inventors: О.И. Журавлев; В.Ю. Колганов
Original assignee: Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1997-05-20
Also published as: RU95102133A

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; thermonuclear reactors; securing of structural members in not easily accessible places. SUBSTANCE: device has a power cylinder, a rod and a stopper connected with the rod. Two pistons are fixed on the rod in the cylinder at a distance from one another so that the interior of the cylinder is divided into three chambers. The middle chamber is filled with a fusible material and divided into two volumes by a partition having a hole to receive the rod with machining clearance. The cylinder is provided with a heater. EFFECT: facilitated process of securing thermonuclear reactor components; possibility of remote control of mounting process under conditions of vacuum, high temperatures and residual radiation. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано при создании термоядерных реакторов, а также в других отраслях техники, в которых требуется осуществлять крепление элементов конструкции в труднодоступных местах. The invention relates to the field of nuclear energy and can be used to create thermonuclear reactors, as well as in other branches of technology in which it is necessary to fasten structural elements in hard-to-reach places.

Известно техническое решение [1] в котором сегменты бланкета закреплены с помощью торцевого крюка, опирающегося на выступ вакуумного корпуса, при этом торцевой крюк сегмента снабжен электронагревателем, а в выступе вакуумного корпуса имеется полость, заполненная легкоплавким металлом. Между собой сегменты по высоте соединены при помощи стяжных шпилек и конусной втулки, размещенных в сквозных отверстиях сегментов. При демонтаже сборки бланкета элементы стяжки разрезаются. A technical solution is known [1] in which the blanket segments are fixed with an end hook supported by a protrusion of the vacuum housing, while the end hook of the segment is equipped with an electric heater, and the protrusion of the vacuum housing has a cavity filled with fusible metal. The segments are interconnected in height by means of tie rods and a conical sleeve located in the through holes of the segments. When dismantling the blank assembly, the screed elements are cut.

Недостатками известной конструкции заключаются в следующем. The disadvantages of the known design are as follows.

Жестокое соединение сегментов между собой по высоте бланкета ведет к тому, что при неравномерных температурных расширениях шпильки и конусные втулки подвергаются деформационному воздействию со стороны сегментов, что может вывести узлы крепления из строя. A rigid connection of the segments with each other along the height of the blanket leads to the fact that, at non-uniform temperature expansions, the studs and cone bushings are subjected to deformation from the segments, which can disable the attachment points.

Конструкция крепления сегментов бланкета не обеспечивает компенсацию температурных расширений в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. The design of the attachment of blanket segments does not compensate for temperature expansions in the radial direction relative to the vacuum housing.

Крюк не препятствует движению сегмента вверх, что может быть опасно при срыве плазмы, так как силы, возникающие при срыве плазмы могут достигать величин, превышающих вес сегмента. The hook does not prevent the segment from moving upward, which can be dangerous when the plasma breaks down, since the forces arising from the breakdown of the plasma can reach values exceeding the weight of the segment.

Жестокое крепление сегментов бланкета по вакуумному корпусу полностью передает силовые воздействия сегментов, включая при срывах плазмы, причем направление этих усилий не имеет определенной закономерности и требует большого запаса прочности вакуумного корпуса, что усложняет его конструкцию. The rigid fastening of the blanket segments along the vacuum case completely transfers the force effects of the segments, including during plasma breakdowns, and the direction of these efforts does not have a certain regularity and requires a large margin of safety of the vacuum case, which complicates its design.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является устройство крепления сегментов бланкета в корпусе ядерного реактора [2] содержащее силовой цилиндр, шток и стопор, соединенный со штоком, расположенные в сегменте бланкета. В качестве силового цилиндра используют гидропривод, а стопора выполнены в виде клиньев. сегмент бланкета снабжен двумя устройствами крепления, размещенными со стороны двух соседних сегментов, и, кроме того, он имеет на задней стенке опорный рельс, сцепляемый с вакуумным корпусом. The closest set of features to the invention is a device for securing blanket segments in a nuclear reactor vessel [2] containing a power cylinder, a rod and a stopper connected to the rod located in the blanket segment. A hydraulic actuator is used as a power cylinder, and the stoppers are made in the form of wedges. the blanket segment is equipped with two fastening devices located on the side of two adjacent segments, and, in addition, it has a support rail on the rear wall that is coupled to the vacuum housing.

Крепление сегментов бланкетов в данном случае осуществляют следующим образом. Сначала на вакуумном корпусе устанавливают два сегмента с интервалом для третьего сегмента и закрепляют их на вакуумном корпусе посредством опорных рельсов, затем между ними устанавливают третий, с устройством крепления. При подаче давления в гидроприводы центрального сегмента, клинья "выбирают" технологические зазоры и прижимают боковые и центральный сегменты к вакуумному корпусу реактора. Mounting segments blankets in this case is as follows. First, two segments are installed on the vacuum casing with an interval for the third segment and fixed to the vacuum casing by means of support rails, then a third one is installed between them, with a fastening device. When pressure is applied to the hydraulic drives of the central segment, the wedges “select” the technological gaps and press the side and central segments to the vacuum vessel of the reactor.

Недостатками известного устройства являются:
необходимость поддерживать постоянное давление в силовом приводе, что снижает надежность крепления сегментов, и, следовательно, надежность самого реактора,
сложность монтажа сегментов на корпусе реактора, связанная с тем, что установку сегментов вдоль корпуса реактора необходимо осуществлять с большой точностью посадки, чтобы обеспечить допустимые пределы зазоров,
крепление не обеспечивает достаточной точности установки сегмента за счет длинной цепочки допусков, сопрягаемых деталей,
сложность демонтажа сегментов, связанная с тем, что для удаления бокового сегмента, необходимо в первую очередь демонтировать центральный сегмент.The disadvantages of the known device are:
the need to maintain a constant pressure in the power drive, which reduces the reliability of the fastening of the segments, and therefore the reliability of the reactor itself,
the complexity of mounting the segments on the reactor vessel, due to the fact that the installation of segments along the reactor vessel must be carried out with high accuracy of landing to ensure acceptable limits of gaps,
the fastening does not provide sufficient accuracy for the installation of the segment due to the long chain of tolerances, mating parts,
the difficulty of dismantling the segments, due to the fact that in order to remove the side segment, it is necessary first of all to dismantle the central segment.

Технический результат, достигаемый с помощью настоящего изобретения, заключается в том, что предлагаемое устройство повышает надежность эксплуатации ядерного реактора, обеспечивает крепление элементов конструкции в условиях термоядерного реактора в труднодоступных местах, а также дистанционное управление средствами монтажа в условиях вакуума, высокой температуры, остаточной радиации. The technical result achieved using the present invention is that the proposed device improves the reliability of a nuclear reactor, provides fastening of structural elements in a fusion reactor in hard to reach places, as well as remote control of mounting means in a vacuum, high temperature, and residual radiation.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для закрепления сегментов бланкета на корпусе термоядерного реактора, содержащем силовой цилиндр, шток и стопор, соединенный со штоком, в силовом цилиндре на штоке закреплены два поршня, разделяющие силовой цилиндр на три полости, средняя из которых заполнена легкоплавким материалом и поделена на два объема перегородкой с отверстием для прохода с технологическим зазором штока, а силовой цилиндр снабжен нагревателем. The specified technical result is achieved due to the fact that in the device for fixing the blanket segments on the thermonuclear reactor body containing the power cylinder, the rod and the stopper connected to the rod, two pistons are fixed on the rod in the power cylinder, dividing the power cylinder into three cavities, the middle of which is filled with fusible material and divided into two volumes by a partition with an opening for passage with a technological clearance of the rod, and the power cylinder is equipped with a heater.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема размещения сегментов бланкета в ячейках вакуумного корпуса, на фиг. 2 представлена схема расположения устройств крепления на сегментах бланкета, на фиг. 3 представлена конструкция устройства крепления, на фиг. 4 показано сечение лабиринтного уплотнения. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the layout of blanket segments in the cells of the vacuum housing, FIG. 2 shows a layout of attachment devices on blanket segments, FIG. 3 shows the design of the attachment device, FIG. 4 shows a section of a labyrinth seal.

Устройство для закрепления сегментов 1 бланкета на корпусе 2 термоядерного реактора размещено в сегменте 1 бланкета и содержит стопор 3, соединенный посредством крейцкопфного механизма 4 со штоком 5. Шток 5 снабжен двумя поршнями 6, установленными в силовом цилиндре 7 на расстоянии друг от друга и разделяющими силовой цилиндр 7 на три полости, две крайние; рабочую (штоковую) полость 8, рабочую (поршневую) полость 9, и среднюю полость 10, которая заполнена легкоплавким материалом 11, например, припоем. Штоковая 8 и поршневая полость 9 силового цилиндра 7 соединены с пневмолинией (на рис. не показана). В средней полости 10 силового цилиндра 7 размещена кольцевая перегородка 12, выполненная с отверстием для прохождения штока 5. A device for fixing blanket segments 1 on the fusion reactor body 2 is placed in blanket segment 1 and includes a stopper 3 connected via a crosshead mechanism 4 to the rod 5. The rod 5 is equipped with two pistons 6 mounted in the power cylinder 7 at a distance from each other and separating the force cylinder 7 into three cavities, two extreme; working (rod) cavity 8, working (piston) cavity 9, and the middle cavity 10, which is filled with fusible material 11, for example, solder. The rod 8 and piston cavity 9 of the power cylinder 7 are connected to a pneumatic line (not shown in the figure). In the middle cavity 10 of the power cylinder 7 is placed an annular partition 12 made with an opening for the passage of the rod 5.

Между перегородкой 12 и штоком 5 имеется технологический зазор, заполненный легкоплавким материалом 11. Технологический зазор может быть выполнен, например, в виде лабиринтного уплотнения. Between the partition 12 and the rod 5 there is a technological gap filled with fusible material 11. The technological gap can be made, for example, in the form of a labyrinth seal.

Средняя полость 10 разделена перегородкой 12 на два объема 13 и 14, один объем 13 полости 10 ограничен поршнем 6 штоковой полости 8 и перегородкой 12, другой объем 14 полости 10 ограничен перегородкой 12 и поршнем 6 поршневой полости 9. Силовой цилиндр 7 снабжен нагревателем 15, который охватывает его цилиндрическую поверхность. Сегменты 1 установлены в ячейках 16 корпуса 2, в ячейках имеются канавки 17 для взаимодействия со стопорами 3. The middle cavity 10 is divided by a partition 12 into two volumes 13 and 14, one volume 13 of the cavity 10 is limited by the piston 6 of the rod cavity 8 and the partition 12, the other volume 14 of the cavity 10 is limited by the partition 12 and the piston 6 of the piston cavity 9. The power cylinder 7 is equipped with a heater 15, which covers its cylindrical surface. Segments 1 are installed in the cells 16 of the housing 2, in the cells there are grooves 17 for interaction with the stoppers 3.

Предложенное устройство функционирует следующим образом. The proposed device operates as follows.

После установки сегмента бланкета 1 в ячейку 16 корпуса 2 он закрепляется при помощи предлагаемого устройства. Нагревателем 15 разогревают легкоплавкий материал 11 до жидкого состояния, затем в поршневую полость 9 подается газ высокого давления, а штоковую полость 8 открывают. Под действием давления газа в поршневой полости 9 поршень 6 выдвигает шток 5 из силового цилиндра 7, шток приводит в действие крейцкопфный механизм 4, который вводит стопор 3 в зацепление с канавкой 17 ячейки 16 корпуса 2 термоядерного реактора. При перемещении поршней 16 происходит перетекание легкоплавкого материала через технологический зазор из объема 14 в объем 13 полости 10 за счет рабочего давления газа в поршневой полости 9. Кроме того, как стопор 3 занял свое рабочее положение снимается давление газа в поршневой полости 9 и выключается нагреватель 15, легкоплавкий материал 11 переходит в твердое состояние и фиксирует положение поршней 6, стопора 3 и, следовательно, сегмента бланкета 1. При этом лабиринтное уплотнение дополнительно изолирует оба объема 13 и 14 друг от друга и обеспечивает более надежную фиксацию поршней 6. After installing the blanket segment 1 in the cell 16 of the housing 2, it is fixed using the proposed device. The fusible material 15 is heated with a heater 15 to a liquid state, then high pressure gas is supplied to the piston cavity 9, and the rod cavity 8 is opened. Under the action of gas pressure in the piston cavity 9, the piston 6 extends the rod 5 from the power cylinder 7, the rod actuates a crosshead mechanism 4, which engages the stopper 3 in engagement with the groove 17 of the cell 16 of the fusion reactor vessel 2. When moving the pistons 16, the fusible material flows through the technological gap from the volume 14 to the volume 13 of the cavity 10 due to the working gas pressure in the piston cavity 9. In addition, as the stopper 3 has taken its working position, the gas pressure in the piston cavity 9 is removed and the heater 15 is turned off , fusible material 11 becomes solid and fixes the position of the pistons 6, stopper 3 and, therefore, the blanket segment 1. In this case, the labyrinth seal further isolates both volumes 13 and 14 from each other and ensures ivaet more reliable fixing of the piston 6.

В процессе работы термоядерного реактора на сегменты 1 бланкета действуют механические нагрузки, направленные на отрыв сегментов 1 от корпуса 2, в результате чего в стопоре 3 возникают усилия, направленные на перемещение поршней 6 штоковой полости в сторону перегородки 12. Так как поршни 6 заблокированы от перемещения в силовом цилиндре 7, компенсация нагрузок происходит за счет конструктивной прочности устройства, при этом отсутствует необходимость поддержания рабочего давления в силовом цилиндре, что повышает надежность устройства. During the operation of the fusion reactor, mechanical loads are applied to the blanket segments 1, aimed at separating the segments 1 from the housing 2, as a result of which forces occur in the stopper 3 to move the piston 6 of the rod cavity toward the partition 12. Since the pistons 6 are blocked from moving in the power cylinder 7, the load compensation is due to the structural strength of the device, while there is no need to maintain the working pressure in the power cylinder, which increases the reliability of the device.

Демонтаж сегментов осуществляют следующим образом. The dismantling of the segments is as follows.

Включают нагреватель 15, легкоплавкий материала 11 нагревается и переходит в жидкое состояние. Затем в штоковую полость 8 подают газ высокого давления. Под действием давления газа в штоковой полости 8 поршень 6 перемещает шток 5 в сторону поршневой полости 9. При перемещении поршней 6 за счет рабочего давления газа в штоковой полости 8 происходит перетекание легкоплавкого материала через зазор 13 из объема 15 в объем 16 полости 10, а шток 5 приводит в действие крейцкопфный механизм 4, который выводит стопор 3 из зацепления с корпусом 2 реактора. И в результате описанной выше операции сегмент бланкета рассоединяется с корпусом 2 реактора. Turn on the heater 15, the fusible material 11 heats up and goes into a liquid state. Then, high pressure gas is supplied to the rod cavity 8. Under the action of gas pressure in the rod cavity 8, the piston 6 moves the rod 5 towards the piston cavity 9. When the pistons 6 are moved due to the working gas pressure in the rod cavity 8, fusible material flows through the gap 13 from the volume 15 into the volume 16 of the cavity 10, and the rod 5 drives the crosshead mechanism 4, which disengages the stopper 3 from engagement with the reactor vessel 2. And as a result of the above operation, the blanket segment is disconnected from the reactor vessel 2.

После этого нагреватель 17 отключают, легкоплавкий материал 11 остывает и, переходя в твердое состояние, фиксирует положение поршней 6, стопора 3. Вместе с отключением нагревателя 17 снимают давление газа в штоковой полости 8. After that, the heater 17 is turned off, the fusible material 11 cools down and, turning into a solid state, fixes the position of the pistons 6, stopper 3. Together with the shutdown of the heater 17, the gas pressure in the rod cavity 8 is removed.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет осуществлять надежное дистанционное крепление сегментов бланкета, а также дистанционное управление средствами монтажа в условиях вакуума, высокой температуры, остаточной радиации. Thus, the proposed design allows reliable remote mounting of blanket segments, as well as remote control of mounting means in a vacuum, high temperature, and residual radiation.

Claims

A device for fixing blanket segments on a thermonuclear reactor body, comprising a power cylinder, a rod and a stopper connected to the rod, characterized in that two pistons are fixed on the rod in the power cylinder, dividing the power cylinder into three cavities, the middle of which is filled with fusible material and divided into two volumes by a partition with an opening through which the rod passes with a technological gap, and the power cylinder is equipped with a heater.