Тепловыделяющий элемент ядерного реактора

 

Сущность: тепловыделяющий элемент ядерного реактора имеет удерживающую плату 5 с продолговатым отверстием 10, через которое проходит удерживающий стержень 8а, 8b, который прилегает стопорным носком 11а, 11b к внешней стороне удерживающей платы 5. Стопорный носок 11а, 11b направляется радиально на расположенной на внешней стороне удерживающей платы стопорной плате 9, на которой направляется коаксиальная относительно удерживающего стержня 8а, 8b прикрывающая гильза 16а, 16b, которая установлена на конце удерживающего стержня 8а, 8b. Эта прикрывающая гильза 16а, 16b свободно пронизывает расположенную над стопорной платой 9 опорную шайбу 15 и первая пружина сжатия 17а, 17b опирается на прикрывающую гильзу 16а, 16b и опорную шайбу 15. Вторая пружина сжатия 23 опирается на опорную шайбу 15 и на стопорную плату 9. Пружины сжатия 17а, 17b и 23 предварительно стянуты стяжным болтом 14, который закреплен на удерживающей плате 5 и который действует на опорную шайбу 15 и свободно пронизывает ее. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к тепловыделяющим элементам ядерного реактора.

Подобный тепловыделяющий элемент ядерного реактора является, в частности, известным из фиг. 8 и 9 [1] Удерживающий стержень этого тепловыделяющего элемента ядерного реактора несет снаружи на внутренней стороне удерживающей платы, через ввод которой он проходит, опорное тело для удерживающей платы. На внешней стороне удерживающей платы находится между этой стороной и радиальным стопорным носком снаружи на удерживающем стержне плоско лежащая на этой внешней стороне стопорная плата. Эта плата имеет продолговатое отверстие, через которое проходит удерживающий стержень. Стопорная плата является перемещаемой на внешней стороне удерживающей платы в направлении длинного диаметра продолговатого отверстия. Когда эта стопорная плата передвигается так, что удерживающий стержень проходит от одного конца самого длинного диаметра к другому, где на удерживающем стержне находится выходящая сбоку от продолговатого отверстия проходная прорезь для стопорного носка, удерживающая плата вместе со стопорной платой может быть снята с удерживающего стержня. При этом стопорной носок перемещается сквозь проходную прорезь, выходящую сбоку от продолговатого отверстия и ввод в удерживающей плате.

В активной зоне ядерного реактора, охлаждаемого водой под давлением, находится удерживающая структура для такого тепловыделяющего элемента ядерного реактора. В этой удерживающей структуре тепловыделяющий элемент ядерного реактора удерживается как на удерживающей плате, образующей хвостовик тепловыделяющего элемента, так и на другой удерживающей плате, образующей головку тепловыделяющего элемента. Для компенсации различных тепловых расширений удерживающей структуры в активной зоне ядерного реактора с одной стороны и тепловыделяющего элемента ядерного реактора в его продольном направлении с другой стороны, как правило, на образующей головку тепловыделяющего элемента удерживающей плате на ее внешней стороне находятся накладки, которые являются перемещаемыми против силы пружины и на которые воздействует удерживающая структура в активной зоне реактора, охлаждаемого водой под давлением.

В основе изобретения лежит задача указания тепловыделяющего элемента ядерного реактора, который при заданной удерживающей структуре в активной зоне реактора, охлаждаемого водой под давлением, и при заданной номинальной мощности этой активной зоны реактора вызывает возможно меньшую плотность потока энергии в этой активной зоне реактора.

Для решения этой задачи тепловыделяющий элемент ядерного реактора названного вначале типа имеет согласно изобретения признаки отличительной части п.1 формулы изобретения.

В случае этого тепловыделяющего элемента ядерного реактора первая пружина сжатия, которая опирается одним концом пружины на опорную шайбу, может входить в стопорную плату или даже проходить ее насквозь. Это означает, что накладки на соответствующей удерживающей плате могут быть выполнены со сравнительно малой строительной высотой. Поэтому при заданной удерживающей структуре в активной зоне реактора, охлаждаемого водой под давлением, тепловыделяющие стержни тепловыделяющего элемента ядерного реактора могут иметь относительно большую длину так, что с помощью такого тепловыделяющего элемента ядерного реактора в активной зоне реактора получается сравнительно небольшая плотность потока энергии. Она означает сравнительно низкую температуру на внешней поверхности тепловыделяющих стержней так, что можно надежно избежать кипения на внешней поверхности этих тепловыделяющих стержней. Поэтому тепловыделяющие стержни имеют на внешней поверхности своих, как правило выполненных из сплава циркония, труб-оболочек также сравнительно небольшую коррозию и сравнительно низкое поглощение водорода так, что тепловыделяющий элемент ядерного реактора имеет сравнительно большой срок службы в ядерном реакторе, охлаждаемом водой под давлением.

Пп. 2 5 формулы изобретения направлены на предпочтительные формы выполнения тепловыделяющего элемента ядерного реактора.

На фиг. 1 схематично показан тепловыделяющий элемент ядерного реактора, вид сбоку; на фиг.2 то же, продольное сечение; на фиг.3 сечение А-А на фиг. 2.

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора согласно фиг. 1 предназначен для реактора, охлаждаемого водой под давлением, и содержит хвостовик тепловыделяющего элемента 2 и головку тепловыделяющего элемента 3, расположенные с зазором друг от друга. Хвостовик тепловыделяющего элемента 2 имеет удерживающую плату 4, а головка тепловыделяющего элемента 3 имеет удерживающую плату 5. Удерживающие платы 4 и 5 являются параллельными друг другу. Между их внутренними сторонами находятся заполненные топливом тепловыделяющие стержни, из которых представлен один тепловыделяющий стержень 6. Этот тепловыделяющий стержень 6 является параллельным продольной оси 7 тепловыделяющего элемента ядерного реактора. Концы стержней имеют зазор от удерживающей платы 4 или соответственно удерживающей платы 5.

Два выполненных в виде удерживающих труб 8а и 8b и также параллельных продольной оси 7 тепловыделяющего элемента ядерного реактора удерживающих стержня имеют продольную ось, которая проходит под прямым углом через удерживающую плату 4 хвостовика тепловыделяющего элемента 2 и удерживающую плату 5 головки тепловыделяющего элемента 3. На одном конце эти удерживающие трубы 8а и 8b удерживаются на хвостовике тепловыделяющего элемента 2, а другим концом на головке тепловыделяющего элемента 3.

Между внутренними сторонами удерживающих плат 4 и 5 находятся при рассмотрении в плоскости поперечного сечения тепловыделяющего элемента ядерного реактора с зазором друг от друга решетчатые дистанционирующие проставки 29, схематически представленные на фиг.1. Каждая из обеих удерживающих труб 8а и 8b проходит соответственно через одну не видную из чертежа ячейку решетчатых дистанционирующих проставок 29, и эти решетчатые дистанционирующие проставки 29 удерживаются по меньшей мере на одной из удерживающих труб 8а и 8b с геометрическим замыканием. Тепловыделяющий стержень 6 в противоположность этому проходит через другую, также не видную на чертеже ячейку решетчатых дистинционирующих проставок 29, и удерживается с силовым замыканием в этой ячейке с помощью радиально действующей пружины, которая находится в этой ячейке на одной ее стенке и прижимает тепловыделяющий стержень 6 относительно двух также находящихся в ячейке на двух других стенках ячейки жестких выступов.

Как показывает фиг. 2, на которой одинаковые детали снабжены теми же ссылочными позициями, что и на фиг.1, обе удерживающие трубы 8а и 8b на одном конце, на котором они соответственно имеют отверстие с только малым поперечным сечением, жестко привинчены на удерживающей плате 4 хвостовика тепловыделяющего элемента 2. Головка тепловыделяющего элемента 3 имеет не только удерживающую плату 5, но и на внешней стороне удерживающей платы 5 наложенную на эту внешнюю сторону стопорную плату 9.

Другим, открытым концом удерживающие трубы 8а и 8b пронизывают удерживающую плату 5 в продолговатом отверстии 10. Продолговатые отверстия 10 в удерживающей плате 5 имеют параллельные друг к другу или даже расположенные на одной линии самые длинные диаметры.

На фиг.2 оба удерживающих стержня 8а и 8b находятся на одном конце самого длинного диаметра продолговатого отверстия 10. Там эти удерживающие трубы 8а и 8b прилегают к представляющим стопорный носок внешним фланцем 11а или соответственно 11b к внешней стороне удерживающей платы 5. На другом конце самого длинного диаметра продолговатого отверстия 10 поперечное сечение этих продолговатых отверстий 10 настолько велико, что внешние фланцы 11а или соответственно 8b могут перемещаться насквозь.

На обращенной к удерживающей плате 5 внутренней стороне стопорной платы 9 выполнены втулки 12а и 12b, в которые переходят параллельные продольной оси 7 вводы 13а или соответственно 13b в удерживающей плате 5. Далее предусмотрен опирающийся на внутренней стороне удерживающей платы 5, параллельный продольной оси 7 тепловыделяющего элемента ядерного реактора стяжной болт 14, который закреплен на удерживающей плате 5 и свободно пронизывает стопорную плату 9 и находящуюся над этой стопорной платой 9 опорную шайбу 15. На обращенной от стопорной платы 9 верхней стороне этой опорной шайбы 15 на стяжной болт 14 навинчена гайка 14а, которая прилегает к опорной шайбе 15. Опорная шайба 15 далее снабжена закрытой закраиной 15а, которой это опорная шайба 15 свободно заходит на боковую поверхность стопорной платы 9. Таким образом опорная шайба 15 направляется от стопорной платы 9.

Находящиеся на удерживающих трубах 8а и 8b внешние фланцы 11а или соответственно 11b, которые прилегают к внешней стороне удерживающей платы 5 и образуют таким образом стопорные носки, находятся внутри втулок 12а или соответственно 12b и направляются радиально в стопорной плате 9. Внутри втулки 12а и ввода 13а в стопорной плате 9 далее установлена перемещаемая в своем продольном направлении открытая с обеих концов прикрывающая гильза 16а. Эта прикрывающая гильза 16а проходит свободно через опорную шайбу 15 и установлена на конце удерживающего стержня 8а с образующим стопорной носок внешним фланцем 11а. Выполненная в виде винтовой пружины пружина сжатия 17а охватывает прикрывающую гильзу 16а и опирается одним концом на обращенную к стопорной плате 9 нижнюю сторону опорной шайбы 15, а другим концом на внешний фланец 18а снаружи на прикрывающей гильзе 16а.

Внутри ввода 13а на стопорной плате 9 выполнен уступ 19а в качестве места упора для внешнего фланца 18а прикрывающей гильзы 16а. Это выполненное в виде уступа 19а место упора ограничивает возможность перемещения прикрывающей гильзы 16а в ее продольном направлении к удерживающей плате 5.

Аналогичным образом внешний фланец 11b направляется радиально снаружи на удерживающем стержне 8b во втулке 12b стопорной платы 9. Внутри втулки 12b и коаксиального ввода 13b в стопорной плате 9 аналогично прикрывающей гильзе 16а в вводе 13а расположена другая, открытая на обеих концах прикрывающая гильза 16b, которая является коаксиальной относительно удерживающего стержня 8b. Прикрывающая гильза 16b имеет снаружи также соответствующий внешнему фланцу 18а прикрывающей гильзы 16а внешний фланец 18b, только соответствующий упорному уступу 19а упорный уступ 19b находится во втулке 12b.

В то время как прикрывающая гильза 16а одним концом установлена на пронизывающем удерживающую плату 5 конце удерживающего стержня 8b, на другом конце она имеет снаружи коаксиальную, перемещаемую в направлении оси накидную гильзу 20, которая свободно проходит через опорную шайбу 15 и внешним фланцем 21 захватывает снизу обращенную к стопорящей плате 9 нижнюю сторону этой опорной шайбы 15. На этот внешний фланец 21 опирается далее один конец охватывающей прикрывающую гильзу 16b, выполненной в виде винтовой пружины сжатия 17b, другой конец которой опирается на внешний фланец 18b прикрывающей гильзы 16b.

Наконец, предусмотрена еще одна следующая выполненная в виде винтовой пружины пружина сжатия 23, которая опирается одним концом в выемку на нижней стороне опорной шайбы 15 и другим концом в выемку на верхней стороне стопорной платы 9. Эта пружина сжатия 23 может также охватывать прикрывающую гильзу вместе с соответствующей пружиной сжатия.

Пружины сжатия 17а, 17b и 23 предпочтительно выполнены из сплава на основе никеля, имеющим торговую марку "Инконель 718" (Inconel 718). Этот сплав "Инконель 718" имеет следующий состав, мас. Ni 50-55; Cr 17-21; Mo 2,8-3,3; Ni+Ta 4,75-5,5; Ti 0,65-1,15; Al 0,2-0,8; C не больше 0,08; Co не больше 0,1; B не больше 0,006; Mn не больше 0,35; Si не больше 0,35; Cu не больше 0,3; P не больше 0,015; S не больше 0,015; Fe остальное. Винтовая пружина из этого сплава может быть выполнена особенно короткой и особенно малого диаметра.

Опорная шайба 15 является перемещаемой против сил упругости пружин сжатия 17а, 17b и 23 на удерживающей плате 5 так, что на эту опорную шайбу может воздействовать удерживающая структура в активной зоне ядерного реактора, охлаждаемого водой под давлением, в которой тепловыделяющий элемент ядерного реактора удерживается за основание тепловыделяющего элемента 2 и головку тепловыделяющего элемента 3.

Для освобождения удерживающей платы 5 от удерживающих труб 8а и 8b действуют инструментом между удерживающей платой 5 и стопорной платой 9 и увеличивают расстояние между удерживающей платой 5 и стопорной платой 9 настолько, пока концы удерживающих труб 8а и 8b с находящимися наружи внешними фланцами 11а и 11b не будут вытянуты из втулок 12а и 12b в направлении продольной оси 7 тепловыделяющего элемента ядерного реактора. При этом внешние фланцы 18а и 18b прилегают снаружи на прикрывающих гильзах 16а и 16b к уступам 19а или соответственно 19b стопорной платы 9, а прикрывающие гильзы 16а и 16b не могут быть вынуты из втулок 12а или соответственно 12b и вводов 13а или соответственно 13b. С другой стороны однако вся головка тепловыделяющего элемента 3 с удерживающей платой 5, стопорная плата 9 и опорная шайба 15, которые связаны друг с другом через стяжной болт 14, могут двигаться поперек удерживающих труб 8а и 8b, пока удерживающие трубы 8а и 8b перемещаются в продолговатых отверстиях 10 от одного конца самого длинного диаметра к другому концу. На этом другом конце поперечное сечение этого продолговатого отверстия 10 настолько велико, что концы удерживающих труб 8а и 8b с находящимися снаружи внешними фланцами 11а и 11b проходят насквозь через соответствующее отверстие 10 и головка тепловыделяющего элемента 3 вместе с удерживающей платой 5 может быть снята с этих концов труб.

Через прикрывающую гильзу 16а в ядерном реакторе, охлаждаемом водой под давлением, от опорной шайбы 15 в удерживающую трубу 8а может быть введен управляющий стержень, который принадлежит к управляющему элементу. Через прикрывающую гильзу 16b напротив в удерживающую трубу 8b вводят измерительный инструмент. Накидная гильза 20 может пружиняще ловить падающий управляющий элемент при быстром отключении ядерного реактора, охлаждаемого водой под давлением.

Формула изобретения

1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора с двумя удерживающими платами и удерживаемым на обоих удерживающих платах удерживающим стержнем, продольная ось которого пронизывает под прямым углом обе удерживающие платы и который на одном конце стержня, которым он проходит через ввод в удерживающей плате с внутренней стороны удерживающей платы, имеет снаружи радиальный стопорный носок, на который воздействует находящаяся на внешней стороне удерживающей платы стопорная плата, отличающийся тем, что ввод в удерживающую плату (5) является продолговатым отверстием (10) с находящимся на одном конце самого длинного диаметра этого продолговатого отверстия (10) удерживающим стержнем (8а, 8b), причем стопорный носок (11а, 11b) удерживающего стержня (8а, 8b) прилегает на этом конце самого длинного диаметра продолговатого отверстия (10) к внешней стороне удерживающей платы (5), стопорный носок (11а, 11b) радиально направляется на стопорной плате (9), один конец проходящей с возможностью перемещения в своем продольном направлении в стопорной плате (9), коаксиальной относительно удерживающего стержня (8а, 8b) прикрывающей гильзы (16а, 16b), установлен на конце стержня со стопорным носком (11а, 11b), прикрывающая гильза (16а, 16b) свободно проходит через расположенную над стопорной платой (9) опорную шайбу (15) и имеет первую пружину сжатия (17а, 17b), которая опирается одним концом пружины на прикрывающую гильзу (16а, 16b), а другим концом пружины на опорную шайбу (15), вторая пружина сжатия (23) одним концом пружины опирается на опорную шайбу (15), а другим концом пружины на стопорную плату (9), обе пружины сжатия (17а, 17b) и (23) предварительно стянуты стяжным болтом (14), который закреплен на удерживающей плате (5) и который воздействует на опорную шайбу (15) и свободно проходит сквозь нее, прикрывающей гильзе (16а, 16b) придано ограничивающее ее подвижность в продольном направлении на удерживающей плате (5) место упора (19а, 19b) на стопорной плате (9) или на опорной шайбе (15).

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что прикрывающая гильза (16b) имеет снаружи коаксиальную, перемещаемую в направлении оси накидную гильзу (20), которая свободно пронизывает опорную шайбу (15), которая действует снизу на обращенную к стопорной плате (9) нижнюю сторону этой опорной шайбы (15) и на которую опирается одним концом первая пружина сжатия (17b).

3. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что опорная шайба (15) своей закрытой закраиной (15а) свободно заходит на боковую поверхность стопорной платы (9).

4. Элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из пружин сжатия (17а, 17b, 23) выполнена из сплава на основе никеля.

5. Элемент по п. 4, отличающийся тем, что сплав на основе никеля представляет собой Инконель 718.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3