Орган регулирования ядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при управлении работой ядерного реактора, например реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения. Заявляемое техническое решение позволяет улучшить технологические и эксплуатационные характеристики органов регулирования реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения. Это достигается тем, что орган регулирования ядерного реактора, выполнен в виде двух частей - поглощающей и несущей, поглощающая часть выполнена в виде открытого сверху каркаса квадратного или шестигранного сечения, состоящего из внутренней и внешней оболочек с окнами, соединенных между собой и снабженных полочками внизу, в который между оболочками размещают поглощающие элементы, а несущая часть выполнена в виде нижней и верхней траверс, размещенных на центральной несущей штанге таким образом, что одна из них жестко закреплена на штанге, а другая закрепляется на ней с помощью разъемного соединения, а поглощающая часть фиксируется между ними и относительно центральной несущей штанги. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при управлении работой ядерного реактора, например реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения.

Известны многочисленные конструкции органов регулирования, описанные как в научно-технической, так и в патентной литературе. Выбор конструктивного решения определяется, главным образом, конфигурацией активной зоны ядерного реактора, реализуемого в нем принципа регулирования мощности, используемых материалов и условий эксплуатации. Для реакторов с активной зоной, сформированной из топливных кассет с квадратным сечением, используются органы регулирования с плоскими поглощающими элементами, перемещающимися в пространстве между топливными кассетами. Плоские элементы в наиболее распространенных конструкциях выполнены в виде пластин, либо сформированы в конструкцию крестообразного или квадратного сечения. Так, например, известна конструкция органа регулирования реактора BWR (Kennard M.W., Harbottle J.E. LWR control assembly design: a historical perspective/Control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives. Proceedings of technical Committee meeting held in Vienna, 12-15 October 1998. IAEA-TECDOC-1132, Vienna, February 2000, p. 7-32), в которой плоские поглощающие элементы (лопасти) образуют конфигурацию с крестообразным сечением. Лопасти включают снабженную отверстиями защитную оболочку, с трех сторон ограничивающую внутреннюю полость прямоугольного сечения, заполненную поглотителем нейтронов, в качестве которого используются пластины из гафния. Четвертой стороной лопасти краями защитной оболочки приварены к несущей крестообразной оси стержня. С верхней и нижней сторон края защитной оболочки приварены к концевым деталям, обеспечивающим целостность конструкции и присоединение к механизмам перемещения. Гафниевые пластины в лопастях размещены вдоль двух внутренних сторон защитной оболочки и зафиксированы при помощи специальных сквозных штифтов, дистанционирующих пластины и ограничивающих их перемещение. Такая конструкция полностью обеспечивает функции регулирования реактора BWR, перемещаясь в пространстве активной зоны между тепловыделяющими кассетами. Конструкция этого стержня неразборная и сложная в изготовлении. Гафниевые пластины в ней жестко связаны с поглощающими лопастями стержня, помещаются в него и крепятся в процессе монтажа, не могут быть извлечены для ремонта или замены без нарушения целостности конструкции. При характерном для всех органов регулирования неравномерном воздействии нейтронного потока на гафниевые пластины и связанным с этим неравномерным радиационным ростом материала, в защитной оболочке и других элементах конструкции возникают напряжения, вызывающие деформацию органа регулирования, что отрицательно сказывается на его ресурсных характеристиках.

Подобные недостатки характерны и для известной конструкции стержня регулирования с сечением в форме квадрата для реакторов с тепловыделяющими кассетами квадратного сечения, например исследовательского реактора СМ-2 (Рисованый В.Д., Клочков Е.П., Пономаренко В.Б., Захаров А.В. Европий в ядерной технике. - Димитровград, Изд. ГНЦ РФ НИИАР, 1998 г, 149 с). В такой конструкции плоские поглощающие элементы, набранные из стержневых цилиндрических поглощающих элементов, образуют конструкцию квадратного сечения. Концы цилиндричеких поглощающих элементов закреплены по периметру в верхней и нижней траверсах, крепящихся к несущей центральной штанге, которая обеспечивает целостность конструкции и присоединение ее к механизму перемещения. Конструкция такого органа регулирования неразборная, цилиндрические поглощающие элементы зафиксированы в несущей конструкции при монтаже изделия и не могут быть извлечены для ремонта или замены без нарушения его целостности.

Для устранения указанных недостатков в заявляемом техническом решении орган регулирования (фиг.1) конструктивно содержит две части - поглощающую и несущую. Поглощающая часть состоит из каркаса квадратного (или шестигранного) сечения 1, имеющего две оболочки (внутреннюю и внешнюю) с окнами, выполненные из конструкционного материала и соединенные между собой. Внизу каркаса имеются ограничивающие полочки, а сверху он открыт для размещения в пространстве между внешней и внутренней оболочками пластин 2 из поглощающего материала (например, гафния)(фиг.2), либо пластин, набранных из цилиндрических поглощающих элементов 3 (фиг.3) с зазорами, обеспечивающими беспрепятственное установку и извлечение их из каркаса. Окна 4 во внешней и внутренней оболочках служат для доступа теплоносителя к поверхности поглощающих пластин или набора цилиндрических элементов и их охлаждения при эксплуатации в реакторе. Полочки 5 внизу каркаса предотвращают выпадение пластин или цилиндрических поглощающих элементов при монтаже органа регулирования.

Каркас с помещенным в него поглотителем, как единая конструкция, размещается на несущей конструкции, содержащей поддерживающую каркас нижнюю траверсу 6, ограничивающую перемещение каркаса и содержащихся в нем поглощающих пластин, верхнюю траверсу 7 и центральную несущую штангу 8. Траверсы 6 и 7 снабжены окнами для протока теплоносителя через внутреннюю полость органа регулирования, образованную внутренней оболочкой каркаса с поглотителем. Одна из траверс (например, верхняя) жестко фиксируется на центральной штанге 8, а другая имеет возможность надеваться и сниматься с нее и фиксируется с помощью штифта 9 или другим известным способом, обеспечивающим сборку-разборку устройства. В такой конструкции поглощающие пластины не связаны жестко с элементами конструкции органа регулирования и между собой, что предотвращает коробление конструкции вследствие неравномерного радиационного роста материала пластин при облучении. Конструкция может быть изготовлена разборной и позволяет снимать каркас с поглощающими пластинами, производить его ремонт или замену, заменять или переставлять пластины поглотителя или цилиндрические поглощающие элементы (например, переворачивать для более равномерного облучения), обеспечивая этим продление ресурса органа регулирования.

Пример конкретного исполнения.

Орган регулирования ядерного реактора (фиг.1) состоит из поглощающей части и несущей части. Поглощающая часть выполнена в виде каркаса 1, состоящего из внешней и внутренней оболочек из тонкой листовой нержавеющей стали, скрепленных между собой при помощи сварки, поглощающих пластин 2 из гафния, помещенных с зазором в промежутки между внешней и внутренней оболочками. Внешняя и внутренняя оболочки имеют по два окна прямоугольного сечения одинаковой площади, открывающие большую часть поглощающих пластин для омывания их теплоносителем. Внешняя оболочка имеет внизу прямоугольную полочку 5, предотвращающую выпадение гафниевых пластин. Сверху каркас открыт для извлечения и помещения в него поглощающих пластин.

Несущая часть состоит из нижней траверсы 6, несущей штанги 8, и верхней траверсы 7. Каркас помещен нижним краем на нижнюю траверсу 6, снабженную выступом, совпадающим с внутренним периметром каркаса с поглощающими пластинами и центрирующим его относительно несущей штанги. Сверху каркас с поглощающими пластинами фиксируется верхней траверсой, конструкция которой аналогична конструкции нижней траверсы. Траверсы имеют окна для протока теплоносителя. Верхняя траверса жестко закреплена на несущей штанге с помощью сварки. Нижняя траверса надевается на несущую штангу и фиксируется на ней при помощи штифта 9. Верхняя траверса снабжена узлом крепления к механизму перемещения 10.

Устройство собирается в следующем порядке. Гафниевые пластины 2 помещаются в каркас 1, после чего он надевается на несущую часть таким образом, чтобы верхний край каркаса вошел в контакт с верхней траверсой 7 и был центрирован выступом на ней. На нижний конец несущей штанги 8 надевается нижняя траверса 6 таким образом, чтобы ее выступ центрировал каркас относительно несущей штанги. После этого нижняя траверса фиксируется шплинтом 9. Устройство готово к эксплуатации и может посредством узла крепления 10 присоединяться к механизму перемещения органа регулирования и помещаться в реактор для эксплуатации. При необходимости замены органа регулирования, его ремонта или изменения положения гафниевых пластин для продления срока их эксплуатации, разборка устройства производится в обратном порядке.

Формула изобретения

1. Орган регулирования ядерного реактора, включающий поглощающую часть и несущую часть, отличающийся тем, что поглощающая часть выполнена в виде открытого сверху каркаса квадратного или шестигранного сечения, состоящего из внутренней и внешней оболочек с окнами, соединенных между собой и снабженных полочками внизу, поглощающих элементов, размещаемых между оболочками каркаса, а несущая часть выполнена в виде нижней и верхней траверс, размещенных на центральной несущей штанге таким образом, что одна из них жестко закреплена на штанге, а другая закрепляется на ней с помощью разъемного соединения, а поглощающая часть фиксируется между ними и относительно центральной несущей штанги.

2. Орган регулирования ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что поглощающие элементы выполнены в виде пластин из гафния.

3. Орган регулирования ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что поглощающие элементы выполнены в виде набора из цилиндрических стержней с поглощающим материалом, собранных в пластину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3