Устройство для закрепления активной зоны ядерного реактора с водой под давлением

 

Использование: в устройствах для закрепления оборудования, установленного внутри сосуда под давлением ядерного реактора, содержащего кольцевой упругий элемент. Сущность изобретения: каждый из кольцевых сегментов упругого элемента выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, на которую с натягом насажены цилиндрические кольца. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для закрепления внутрикорпусного оборудования ядерного реактора, а именно к устройствам для закрепления активной зоны, устанавливаемой в реакторе с водой под давлением и омываемой охлаждающим теплоносителем.

Известно устройство [1] для закрепления активной зоны, содержащее опорный цилиндр, установленный на фланце в сосуде под давлением ядерного реактора, упругий элемент, размещенный между фланцами опорного и нажимного цилиндров, поджимаемый крышкой реактора. Упругий элемент выполнен из трубы и содержит несколько кольцевых сегментов, закрепленных на верхней поверхности фланца опорного цилиндра. Сжатие упругого элемента осуществляется при уплотнении разъема сосуда. При этом создается прижимное усилие, которое, наряду с усилием от пружинных блоков тепловыделяющих сборок и веса опорного цилиндра с топливной загрузкой, прижимает опорный цилиндр к опоре и удерживает его от всплытия при воздействии перепада давления теплоносителя.

Недостатком известного устройства является то, что при переходе на загрузку реактора тепловыделяющими сборками с каркасом из циркониевого сплава взамен тепловыделяющих сборок с каркасом из нержавеющей стали происходит значительное снижение усилия, создаваемого при сжатии пружин в головках тепловыделяющих сборок блоком нажимных труб, так как при выходе на эксплуатационную температуру теплоносителя циркониевый каркас тепловыделяющей сборки расширяется на 12-15 мм меньше, чем соответствующий канал, образованный внутрикорпусными устройствами, изготовленными из нержавеющей стали 08Х18Н10Т (величина удлинений взята для реактора ВВЭР-1000 с длиной топливной части 3,5 м).

При уменьшении прижимного усилия от пружинных блоков тепловыделяющих сборок возникает необходимость компенсации прижатия опорного и нажимного цилиндров за счет увеличения усилия от упругого элемента. В противном случае внутрикорпусные устройства будут отрываться от опор, что приведен к вибрации как их самих, так и тепловыделяющих сборок и органов регулирования, т.е. существенно снизится надежность реактора.

Ослабление прижатия внутрикорпусных устройств к опорам может происходить также вследствие релаксации пружин головок тепловыделяющих сборок под действием напряжений, высокой температуры и облучения.

В условиях ограниченного места, отводимого в ядерном реакторе под размещение упругого элемента, увеличение прижимного усилия может быть достигнуто, например, при увеличении толщины стенки трубы тороидального кольцевого сегмента. В этом случае одновременно с увеличением погонной нагрузки снижается величина упругой деформации (как относительная, так и абсолютная), а также снижается релаксационная стойкость таких труб, что вызывает необходимость досрочной (до окончания топливной компании) замены упругого элемента.

Целью изобретения является увеличение несущей способности упругого элемента, удерживающего опорный цилиндр с активной зоной от всплытия, без увеличения габаритов упругого элемента, снижение вибрации элементов внутрикорпусных устройств и активной зоны при переходе на топливную загрузку с циркониевым каркасом.

Устройство согласно изобретению отличается тем, что каждый из кольцевых сегментов упругого элемента выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, на которую с натягом насажены цилиндрические кольца.

На фиг. 1 показана схема ядерного реактора, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 узел I на фиг.1 (когда упругий элемент не нагружен); на фиг.5 то же (когда упругий элемент под нагрузкой).

Реактор с устройством для закрепления опорного цилиндра с активной зоной представляет собой сосуд 1 под давлением, уплотняемый крышкой 2. В сосуде 1 установлен на фланце 3 опорный цилиндр 4 с активной зоной, содержащей тепловыделяющие сборки 5. Между фланцем 3 опорного цилиндра и фланцем 6 нажимного цилиндра, взаимодействующим с торцом крышки 2, установлен упругий элемент, содержащий ряд кольцевых сегментов 7, закрепленных на фланце 3. Каждый из сегментов 7 содержит винтовую цилиндрическую пружину 8, на которую насажены с натягом цилиндрические кольца 9. Сосуд 1 снабжен входным патрубком 10 и выходным патрубком 11 и образует со стенкой опорного цилиндра 4 опускной канал 12 контура циркуляции теплоносителя в реакторе.

Устройство работает следующим образом.

Холодный теплоноситель входит в патрубок 10, пройдя опускной канал 12 через отверстия в днище опорного цилиндра, попадает в активную зону, отбирает тепло у тепловыделяющих сборок 5 и, нагретый, уходит через патрубок 11 из реактора. При протекании теплоносителя через реактор его давление снижается, а разность давления на входе и выходе является той силой, которая выталкивает опорный цилиндр вверх, если вес опорного цилиндра с активной зоной меньше выталкивающей силы. Прижатие опорного цилиндра к опоре является необходимым условием удержания опорного цилиндра и тепловыделящих сборок от существенных перемещений (вызывающих износ и разрушение) под воздействием протекающего теплоносителя. При уплотнении главного разъема крышка 2 через фланец 6 нажимного цилиндра и упругий сегмент 7 передает на фланец опорного цилиндра необходимое усилие прижатия, деформируя пружину 8 и кольца 9. Поскольку и пружина 8 и кольца 9 изготовляются из высокопрочного пружинного материала (например, из жаропрочного коррозионно-стойкого сплава ХН77ТЮР), то упругий элемент при тех же габаритах, что и труба в прототипе (например, освоенная в промышленном производстве труба из стали ОХ18Н10Т), может выдержать гораздо более значительную погонную нагрузку, чем прототип (в 2-4 раза).

Таким образом, предлагаемая конструкция упругого элемента дает возможность увеличить усилие прижатия опорного цилиндра до необходимой величины, не увеличивая его габаритов, что обеспечивает необходимую надежность реактора.

Формула изобретения

Устройство для закрепления активной зоны ядерного реактора с водой под давлением, содержащее опорный цилиндр, установленный на фланце в сосуде под давлением, упругий элемент, включающий в себя ряд смежных кольцевых сегментов, закрепленных на верхней поверхности фланца опорного цилиндра, взаимодействующий с фланцем нажимного цилиндра, поджимаемым торцом крышки сосуда под давлением, отличающееся тем, что каждый из кольцевых сегментов упругого элемента выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, на которую с натягом насажены цилиндрические кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5