Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Изобретение относится к атомной энергетике, в особенности к тепловыделяющим сборкам для ядерных реакторов с водой под давлением. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит хвостовик, закрепленные на хвостовике направляющие каналы, пучок тепловыделяющих элементов, установленных в дистанционирующих решетках, а также съемную головку. Съемная головка имеет верхнюю плиту и нижнюю плиту с отверстиями, которые смонтированы на проходящих через упомянутые отверстия направляющих каналах. Направляющие втулки снабжены цангами и установлены в упор своими внутренними уступами в торцы наружных выступов направляющих каналов. Пружины установлены между верхней плитой и опорными элементами, выполненными на направляющих втулках. Цанги выполнены на верхних концах направляющих втулок и снабжены верхними упорами и внутренними буртами, зацепленными за наружные проточки, выполненные на верхних концах направляющих каналов. Направляющие втулки снабжены упорами для ограничения перемещения вниз упомянутых втулок относительно нижней плиты. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и технологичности тепловыделяющих сборок. 8 ил.
Область техники
Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к тепловыделяющим сборкам для ядерных реакторов с водой под давлением.
Предшествующий уровень техники
Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора [RU 2075118 C1], содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных вертикально в каркасе, собранном из дистанционирующих решеток, закрепленных на трубчатых направляющих каналах, регулирующих стержней, а также хвостовик и съемную головку. Съемная головка содержит нижнюю плиту с отверстиями, нижнюю опорную плиту с отверстиями и верхнюю плиту (верхнюю несущую плиту) с отверстиями, упомянутые плиты смонтированы на проходящих через упомянутые отверстия направляющих втулках, снабженных в своей нижней части цангами, выполненными в виде имеющих продольные прорези патрубков. На верхней плите закреплена цилиндрическая обечайка. Направляющие втулки установлены на выступающих из пучка тепловыделяющих элементов концах направляющих каналов, уперты своими внутренними уступами в торцы упомянутых каналов и соединены с каналами с помощью имеющихся в цангах кольцевых канавок, охватывающих кольцевые бурты на направляющих каналах. Пружины установлены на направляющих втулках между нижней опорной и верхней плитами в частично сжатом состоянии. Нижние и верхние упоры, присоединенные к направляющим втулкам ниже нижней и выше верхней плит, ограничивают перемещения упомянутых плит соответственно вниз и вверх. Стопорное устройство выполнено в виде плиты, охватывающей стенками своих отверстий цанги, расположенной под опорной плитой и жестко связанной с упомянутой плитой посредством направляющей конической обечайки.
Существенным недостатком известной тепловыделяющей сборки является недостаточная надежность, связанная с наличием “ступеньки” на стыке направляющих втулок с торцами направляющих каналов, из-за овальности и радиальных зазоров между упомянутыми элементами “ступенька” может повредить оболочку вибрирующего в потоке теплоносителя регулирующего стержня. Кроме того, крепление верхних упоров, выполненных в виде колец или гаек, на торцах направляющих втулок является сложным из-за неудобства выполнения сварки внутри верхней цилиндрической обечайки.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение надежности и технологичности тепловыделяющих сборок.
Задачей изобретения является исключение стыка направляющего канала с направляющей втулкой, а также исключение операций по закреплению верхних упоров на торцах направляющих втулок.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение технологичности тепловыделяющей сборки.
Поставленная задача решается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей хвостовик, закрепленные на хвостовике направляющие каналы, пучок тепловыделяющих элементов, установленных в дистанционирующих решетках, а также съемную головку, содержащую верхнюю плиту и нижнюю плиту с отверстиями, смонтированные на проходящих через упомянутые отверстия направляющих каналах, направляющие втулки, снабженные цангами и установленные в упор своими внутренними уступами в торцы наружных выступов направляющих каналов, пружины, установленные на направляющих втулках, верхние упоры для ограничения движения верхней плиты вверх и нижний упор для ограничения перемещения нижней плиты вниз, установленный на направляющих каналах, новым является то, что пружины установлены между верхней плитой и опорными элементами, выполненными на направляющих втулках, цанги выполнены на верхних концах направляющих втулок и снабжены верхними упорами и внутренними буртами, зацепленными за наружные проточки, выполненные на верхних концах направляющих каналов, а направляющие втулки снабжены упорами для ограничения перемещения упомянутых втулок вниз относительно нижней плиты.
Такое решение поставленной задачи упрощает конструкцию, технологию изготовления, как то: исключает необходимость приварки верхних упоров к направляющим втулкам в труднодоступных местах над верхней плитой и возможность образования “ступенек” на стыках направляющих каналов с направляющими втулками, способных повредить оболочки регулирующих стержней, перемещаемых в направляющих каналах.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - вертикальный разрез тепловыделяющей сборки со съемной головкой, устройство сцепления с направляющими каналами блокируется верхней плитой, опорные элементы для пружин выполнены заодно с направляющими втулками, нижний упор нижней плиты установлен, по крайней мере, на одном из направляющих каналов;
фиг.2 - вертикальный разрез варианта съемной головки, нижний упор выполнен в виде стяжек;
фиг.3 - вертикальный разрез варианта съемной головки, нижний упор выполнен в виде колец, закрепленных на направляющих втулках, установленных на выступах направляющих каналов;
фиг.4 - вертикальный разрез варианта съемной головки, опорные элементы выполнены в виде шайб или втулок, установленных на выступах направляющих втулок с возможностью относительного перемещения вверх, нижний упор установлен, по крайней мере, на одном из направляющих каналов;
фиг.5 - вертикальный разрез варианта съемной головки, направляющие втулки снабжены наружными выступами в районе нижней плиты;
фиг.6 - вертикальный разрез варианта съемной головки, нижний упор выполнен в виде колец, закрепленных на нижних концах направляющих втулок;
фиг.7 - вертикальный разрез узла сцепления цанги с направляющим каналом в блокированном положении с рабочим поджатием тепловыделяющей сборки;
фиг.8 - вертикальный разрез узла сцепления цанги с направляющим каналом в разблокированном положении.
Варианты осуществления изобретения
Тепловыделяющая сборка фиг.1 содержит хвостовик (1), на котором вертикально установлены направляющие каналы (2). Тепловыделяющие элементы (3) объединены в пучок дистанционирующими решетками (4). В верхней части тепловыделяющая сборка снабжена съемной головкой (5). В головке имеются верхняя (6) и нижняя (7) плиты с отверстиями (8) и (9). Сквозь указанные отверстия проходят направляющие каналы (2). Направляющие втулки (10), закрепленные на верхней плите (6), снабжены в верхней части цангами (11) в виде продольно разрезанных патрубков и установлены на выступающих из пучка тепловыделяющих элементов (3) концах направляющих каналов (2) до упора своими внутренними уступами (12) в торцы наружных выступов (13) направляющих каналов (2). На направляющих втулках (10) установлены пружины (14), поджимающие снизу верхнюю плиту (6) и опирающиеся на опорные элементы (15), выполненные заодно с направляющими втулками (10). На верхних концах цанг (11) размещены верхние упоры (16), препятствующие перемещению вверх верхней плиты (6). Нижним упором (17) для ограничения перемещения вниз нижней плиты (7) служит, по крайней мере, один из направляющих каналов. На верхних концах направляющих каналов (2) выполнены наружные проточки (18), за которые зацепляются внутренние бурты (19) цанг (11). Отверстия (8) верхней плиты (6) охватывают цанги (11) в зоне внутренних буртов (19). Наружный диаметр верхних упоров (16) выбран таким, чтобы допускаемое продольными прорезями сближение сегментов цанг (11) к своей продольной оси обеспечивало прохождение верхних упоров (16) сквозь отверстия (8), а в установленной на тепловыделяющей сборке головке наружный диаметр верхних упоров (16) был больше диаметра отверстий (8). Направляющие втулки (10) снабжены также упорами (20), ограничивающими прохождение направляющих втулок (10) сквозь отверстия (9) нижней плиты (7) вниз.
В варианте фиг.2 в съемной головке (5) нижний упор (17) для ограничения перемещения нижней плиты (7) вниз выполнен в виде стяжек (21) между верхней плитой (6) и нижней плитой (7).
В варианте фиг.3 в съемной головке (5) нижний упор (17) для ограничения перемещения вниз нижней плиты (7) выполнен в виде колец (22), закрепленных на направляющих втулках (10), установленных на направляющих каналах (2).
В варианте фиг.4 в съемной головке (5) опорные элементы (15) выполнены в виде шайб или втулок (23), установленных на выступах (24) направляющих втулок (10) с возможностью относительного перемещения вверх. Направляющие втулки (10) своими нижними торцами (20), выполняющими роль упоров, ограничивают свое движение сквозь отверстия (9) в нижней плите (7). Нижний упор (17) для ограничения перемещения нижней плиты (7) установлен, по крайней мере, на одном из направляющих каналов.
В варианте фиг.5 в съемной головке (5) нижние концы направляющих втулок (10) выполнены свободно проходящими сквозь нижнюю плиту (7) до наружных выступов (25), выполняющих роль упоров, на направляющих втулках (10).
В варианте фиг.6 в съемной головке (5) нижний упор (17) для ограничения перемещения нижней плиты (7) вниз выполнен в виде колец (26), закрепленных на нижних концах направляющих втулок (10).
Работа тепловыделяющей сборки осуществляется следующим образом. Теплоноситель поступает через хвостовик (1) в пучок тепловыделяющих элементов (2), где осуществляет теплосъем, и далее выходит через головку (5) в верхнюю камеру реактора. В свободном состоянии (при отсутствии нажатия на головку сверху) пружины (14) поджимают верхнюю плиту (6) к верхним упорам (16) на цангах (11), а цанги (11) сцеплены внутренними буртами (19) с проточками (18) на верхних концах направляющих каналов (2) и заблокированы от расцепления верхней плитой (6). Головка (5) закреплена на направляющих каналах (2) с возможностью съема специальным приспособлением, в качестве которого может применяться устройство, описанное в [1]. Для этого необходимо нажать сверху на верхнюю плиту (6), переместить ее вниз и зафиксировать в таком положении относительно нижней плиты (7). Отверстия верхней плиты (8) сойдут с цанг (11) и освободят их от блокирования, обеспечив выход внутренних буртов (19) из проточек (18) на направляющих каналах (2). В таком состоянии, прикладывая усилие к нижней плите (7) вверх, можно свободно снять головку (5) с направляющих каналов (2). При этом нижняя плита (7) войдет в контакт с упором (20) и поднимет направляющие втулки (10) с цангами (11), выводя их из зацепления с проточками (18) направляющих каналов (2). Установка головки (5) выполняется в обратной последовательности.
Предлагаемая конструкция съемной головки (5) позволяет существенно упростить технологию ее сборки. При сборке прототипа значительную трудность составляла операция закрепления верхних упоров на торцах направляющих втулок, так как сварные швы приходилось выполнять в ограниченном объеме внутри верхней обечайки, дном которой является верхняя плита. В заявляемой конструкции верхние упоры (16) выполнены на верхних концах цанг (11) еще до сборки головки (например, при токарной обработке цанг). Диаметр верхних упоров (16) вибирается из условия прохождения их сквозь отверстия (8) в верхней плите (6) при смыкании сегментов цанг (11) к их продольной оси. После прохождения сквозь отверстия (8) сегменты цанг (11) расходятся под действием упругих сил, а диаметр верхних упоров (16) становится больше диаметра отверстий (8). После установки головки (5) на тепловыделяющую сборку направляющие каналы (2) оказываются внутри цанг (11) и препятствуют сжатию их сегментов к вертикальной оси.
Данное решение позволяет упростить конструкцию съемной головки, удлинить направляющие каналы для исключения стыков направляющих каналов и направляющих втулок на их внутренней поверхности (как это было реализовано в прототипе), создающие возможность образования “ступенек”, способных повредить оболочки поглощающих стержней, перемещаемых в направляющих каналах тепловыделяющей сборки. Такое устройство съемной головки позволяет также обеспечить быстрый съем и установ головки без использования каких-либо заменяемых деталей, что обеспечивает снижение дозовых нагрузок на персонал. Кроме того, при изготовлении головки исключена трудоемкая операция по закреплению верхних упоров на верхних концах направляющих втулок методом сварки или завинчивания гаек с последующей контровкой их.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности и технологичности изготовления тепловыделяющей сборки.
Промышленная применимость
Наиболее целесообразно предложенные решения использовать для тепловыделяющих сборок ядерных энергетических реакторов с водой под давлением.
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая хвостовик (1), закрепленные на хвостовике (1) направляющие каналы (2), пучок тепловыделяющих элементов (3), установленных в дистанционирующих решетках (4), а также съемную головку (5), содержащую верхнюю плиту (6) и нижнюю плиту (7) с отверстиями соответственно (8) и (9), смонтированные на проходящих через упомянутые отверстия направляющих каналах (2), направляющие втулки (10), снабженные цангами (11) и установленные в упор своими внутренними уступами (12) в торцы наружных выступов (13) направляющих каналов (2), пружины (14), установленные на направляющих втулках (10) между верхней плитой (6) и опорными элементами (15), выполненными на направляющих втулках (10), верхние упоры (16) для ограничения движения верхней плиты (6) вверх и нижний упор (17) для ограничения перемещения нижней плиты (7) вниз, установленный на направляющих каналах (2), отличающаяся тем, что пружины (14) установлены между верхней плитой (6) и опорными элементами (15), выполненными на направляющих втулках (10), цанги (11) выполнены на верхних концах направляющих втулок (10) и снабжены верхними упорами (16) и внутренними буртами (19), зацепленными за наружные проточки (18), выполненные на верхних концах направляющих каналов (2), а направляющие втулки (10) снабжены упорами (20) для ограничения перемещения упомянутых втулок вниз относительно нижней плиты (7).
