Устройство для улавливания расплавленного топлива и обломков конструкции тепловыделяющих сборок ядерного реактора

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцмалкстицескмх

Республик

>712050

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 26.12.75 (21) 2302898/18-25 (23) Приоритет — (32) 30.12.74 (51) М. Кл.

G 21 С 13/10

Гмудвретвенный каинтет

СССР м диан нзайретвнрй н вткрытнй (33) США (31) 537517 (53) УДК 621.039.5 (088.8) Опубликовано 25.01.80. Бюллетень №3

Дата опубликования описания 05.02.80

Иностранец

Джек E. Джонсон (США) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

«Вестингхауз Электрик Корпорейшн» (США) (71) Заявитель

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО

ТОПЛИВА И ОБЛОМКОВ КОНСТРУКЦИИ ТЕЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ

СБОРОК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к устройствам для улавливания расплавленного топлива и обломков тепловыделяющих сборок после возникновения аварийной ситуации.

Известен ядерный реактор, содержащий активную зону, погруженную в теплоноситель внутри корпуса реактора, и площадку для сбора осколков тепловыделяющих элементов (1) . Площадка содержит совокупность открытых сверху резервуаров, имеющих центральную опорную стойку и приспособление для поддержания резервуаров.

Резервуары располага.отся на некотором расстоянии друг от друга в нескольких плоскостях, при этом резервуары каждого слоя сдвинуты по отношению к резервуарам других слоев таким образом, что верхние резервуары частично перекрывают нижние. При этом вся совокупность резервуаров полностью перекрывает пространство, в которое попадают осколки тепловыделяющих элементов.

Однако в виду того, что резервуары для сбора осколков тепловыделяющих элементов располагаются ниже опорной плиты акl тивной зоны ядерного реактора она может расплавиться или деформироваться при прохождении через нее расплавленного топлива.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для улавливания расплавленного топлива и обломков конструкции тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащее ряд модульных устройств ввода, смонтированных на опорной плите; нижние концы модульных устройств ввода располагаются ниже опор о ной плиты, при этом в каждое из модульных устройств ввода установлена, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка (2) .

В этом устройстве при возникновении аварийной ситуации расплавленное топливо или обмотки конструкции тепловыделяющих сборок могут перекрыть тракт подачи теплоносителя, что вызовет дальнейшее расплавление тепловыделяющих элементов.

Целью изобретения является повышение

|надежности активной зоны путем собира ния и охлаждения расплавленного топлива к обломков конструкции тепловыделяющих сборок, а также улучшение подвода их в контейнер.

712050

56

iJ.11о("I è г1lс Г(я )To ГНM ч Го н ни хинк)lо ч !сть

;:.:-;.::..i()l Ä 1Iз м(;1удьных уcTроисIU ввода ус. т;1н:влепи кон ейнсры из жаропроч(нн() матерна IB; ко(1 Гейнеры вы пол иены из н(.р жавеюшей стали и из керамического материала, нри этом контейнеры вьни)лнены с ксрамической внутренней и металлической внешней обслочками, и содержат сл()й необогащен;1ой двуокиси урана, плогнос)ь которой примерно равна плотности образовавшихся расплавов„контейнер имеет бункер н своей верхн(и части.

На фиг. 1 изображен ядерный реактор с опорной плитой и модульными усгр()1й)с) н(1ми ввода, вертикальный разрез; на фиг 2 —часть опорной плиты, вид сверху; «а фиг. 3— конструкция модульного устройства ввода теплоносителя, установленного в отверстие опорной плиты, вертикальный разрез; на фиг. 4 — верхняя часть модульного устройства ввода теплоносителя; на фиг. 5 внутре)Н1ий приемник модульного устройства ввода теплоносителя, вертикальный разрез; на фиг. 6 наружный приемник модульного устройства ввода (упрощенный вид), вертикальщ(й разрез; на фиг. 7 — — контейнер, вертикал ный разрез; на фиг. 8 — контейнер, вид, верху; на фиг. 9 — нижняя час ь модульно1 ) устройства ввода„частичный раз— рез 1другой вариант выполнения).

Ч 1ерный реактор, содержит цилиндрический корпус 1, работающий под давлением.

Тенлоноситсль, например жидкий натрий, поступает 1 I(()pI!ус нод давлением через входны натр,бки 2 и выходит из корпуса из вых(д11ог() пространства 3 через выходные натру(;кн 4. 1(0pll .. имеет термическук) облицон . 5, которая защищает его от тепловых нозд(исгвий и окружает выходное пространство 1 з н(ы, находящиеся выше и ниже выходног, нростран тва. Реактор в верхней части имеет крышку, прикрепленную болтам н I(фл а и цу корпуса. Верхние внутренние ,.)л11 6, n«ирающиеся на головную часгь корпуса, служат для механического крепления (н<тивной зоны 7 в нужном положении, а также устройств, находящихся в активной зоне, обеспечив правильное расположение регули1,ук)щих стержней и регулирование потока в выходном пространстве. Компоненты активной зоны и нижние внутренние детали н",лючают зону 8 хранения тепловыделяющих сборок, оправку 9 активной зоны, за1ниTI1 ы É экp I 1()., ряд (ье«1 и!я (3ащитHûх усгройст .1 1 1.

Оправка )ктивной зоны сварена с толстой горизонта.)ьной опорной плитой 12, которая моноли1но 1)рикренлена к корпусу при помощи нереверн,той конической плиты 13.

Опорная плита имеет мнэжеств(отверстий

14 (см. фиг. 21 Эти отверстия с<)общаются между собой боковыми проходами 15 v. опор.1он Г(лите, а также с боковыми каналами 16, 35

36

46

56

55 ведущими к периферии опорной плиты. В отверстия в опорной плите вставлены обкладки 17, имеющие форму полых цилиндров.

Обкладки жестко скреплены с опорной плитой. В каждую обкладку установлено модульное устройство ввода 18.

Каждая обкладка имеет ряд входных отверстий 19, расположенных ниже опорной плиты и служащих для входа теплоносителя, поступающего к обкладке из входного пространства (см. фиг. 3). Обкладка имеет боковые отверстия 20, которые сообщаются с боковыми проходами в опорной плите.

Нижняя часть обкладки имеет выступ 21, в который установлен штифт 22 выравнивающего устройства 23, служащего для фиксации модульного устройства ввода. Каждая обкладка служит приемником модульного устройства ввода. Выравнивающее устройство может иметь различную форму для различных модульных устройств ввода. К нижней части обкладки прикреплен диск 24, служащий для распределения потока теплоносителя и предотвращения закупоривания.

В реакторе-размножителе на быстрых нейтронах с охлаждением жидкометаллическим теплоносителем, который рассматривается в качестве примера, имеются два основных типа модульных устройств ввода, один из которых может служить приемником для тепловыделяющих сборок, а другой — приемником регулирующих стержней. Своей внутренней частью модульные устройства ввода отличаются друг от друга в зависимости от своего назначения и требований, предьявляемых к скорости потока теплоносителя.

Каждое модульное устройство ввода представляет собой полую шестиугольную головку 25 и полый цилиндрический держатель 26

Держатель сужен на конус в своей нижней части для того, чтобы н правлять модульное устройство ввода и имеет отверстие 27. Верхняя часть шестиугольной головки имеет множество отверстий, в которых монтируют и крепят приемники 28 различных типов (см. фиг. 4). Каждый приемник, как правило, имеет форму полого цилиндра, внутренние размеры которого выбраны таким образом, чтобы они соответствовали размерам входного канала тепловыделяющей сборки 29 или же канала регулирующих стержней. Типичные приемники показаны на фиг. 3, а дополнительные детали показаны на фиг. 5 и б.

Каждый приемник имеет прорези 30, соответствующие прорезям 31 в канале тепловыделяющей сборки, поршневые кольца 32 или другие уплотнения, находящиеся выше и ниже прорезей приемника. Эти уплотнения сводят к минимуму утечку теплоносителя, который поступает в прорези приемника и, следовательно, сводит к минимуму потенциальную опасность роста давления в области низкого давления непосредственно под ка712050

4з зО щих повышенную температуру. Поскольку зз контейнер включен в большиство модульных устройств ввода, он служит- также для диспергирования осколков и сведения к мининалом. Нижняя часть приемника представляет собой полый конус, переходящий в распорку 33 в виде полого цилиндра. Приемник крепится благодаря захвату распорки плечами звезды 34, которая крепится к головке модульного устройства ввода. Для предотвращения утечки теплоносителя имеются уплотнения 35. Плечи звезды в нижней части имеют выступы 36, к которым крепится пластина 37, имеющая отверстия и служащая для распределения потока теплоносителя и предотвращения попадания инородных частиц в приемники.

Звезда имеет сборную полость 38. Полая внутренняя часть распорки сообщается с внутренней частью соответствующего приемника и со сборной полостью.

Сборные полости звезды сообщаются с отводной трубкой 39, которая проходит по всей длине модульного устройства ввода и имеет отверстие в пространство 40 между нижним концом модульного устройства ввода и обкладкой. Отводная трубка имеет также боковые отверстия 41, которые сообщаются с боковыми каналами в опорной плите через боковые отверстия 20 в обкладке и через отверстия 42 в цилиндрическом держателе модульного устройства ввода (см. фиг. 1).

Цилиндрический держатель модульного устройства ввода имеет для ввода теплоносителя отверстия 43, над и под которыми предусмотрены уплотнения 44, в данном случае поршневые кольца. Во время нормальной работы, находящийся в входном пространстве под высоким давлением теплоноситель течет через отверстия вверх по держателю, через фильтрующую и служащую для распределения потока пластину и прорези

1 приемника и далее поступает в каналы.

Для регулирования потока теплоносителя модульные устройства ввода могут включать пакеты перфорированных пластин у основания держателя. Перфорированные пластины 45 (см. фиг. 6) могут быть расположены в приемниках, а также непосредственно над фильтрующей пластиной (не показано), служащей для распределения потока.

В случае возникновения аварийной ситуации возможны поломки тепловыделяющих сборок и расплавление топлива. Для собирания расплавов в каждое модульное устройство ввода установлен контейнер 46.

Рекомендуемый вариант контейнера показан на фиг. 7 и 8. Контейнер способен сохранять свою форму при попадании в него обломков конструкции тепловыделяющих сборок и топлива из активной зоны, имеюS

1З го и зе зз

4Ю

6 муму возможности образования критической массы.

Контейнер имеет форму полого цилиндра, с бункером 47, имеющим воронкообразную форму у своей верхней части (см. фиг. 7).

Контейнер имеет нижний сегмент 48, верхний сегмент 49 и служащее для посадки плечо 50. Нижний сегмент контейнера обычно имеет цилиндрическую форму и плоскую или закругленную нижнюю часть. Верхний сегмент контейнера имеет цилиндрическую форму и вырез 51 (см. фиг. 8), а.также входные отверстия 52 для теплоносителя, согласующиеся с входными отверстиями в обкладке и модульном устройстве ввода, соответственно. Верхний сегмент имеет отверстия

53 отвода, сообщающиеся с отверстиями отводной трубки, обкладки и модульного устройства ввода, соответственно. Служащее для посадки плечо у верхней оконечности сегмента обеспечивает подвеску контейнера к головке модульного устройства ввода. В месте соединения верхнего и нижнего сегментов контейнера имеется отверстие 54, через которое проходит отводная трубка.

В случае расплавления топлива или элементов конструкции тепловыделяющих сборок материалы текут вниз под действием силы тяжести. Поток этих материалов является противоположным потоку теплоносителя. В первую очередь эти материалы проходят через верхнюю часть приемников, затем выходят из прорезей приемников, проходят через отверстия в плечах звезды, последние могут частично расплавиться или полностью, вследствие высокой температуры. Образовавшиеся в результате плавления частички и топливо направляются в контейнер с помощью бункера и попадают в «рабочую зону» контейнера, т. е. во внутреннее пространство ниже отверстий ввода теплоносителя контейнера, и будут охлаждаться в результате отвода тепла через стенки контейнера модульного устройства ввода и обкладки.

Возможность скопления частиц в «рабочей зоне» с образованием критической массы сводится к минимуму из-за относительно небольшого их количества в каком-либо из контейнеров по сравнению с минимальной критической массой. Обьем контейнера может варьироваться путем изменения длины контейнера, модульного устройства ввода и обкладки с тем, чтобы они содержали минимальное количество топлива, чтобы довести до максимума вероятность удовлетворения требований ядерной безопасности по обеспечению подкритического состояния и нужного охлаждения.

Другим преимуществом изобретения является то, что расплавленные частички отводятся от горизонтальной опорной плиты.

Материал, из которого изготавливается контейнер, должен выдерживать температу712050 ры свыше 5000 Ф (2760 С), а сам контейнер не деформироваться. Контейнер может быть выполнен из нержавеющей стали, керамики, или слоистой комбинации металла и керамики . К числу других пригодных металлов относятся такие, как молибден, тантал, ниобий и вольфрам или другие жаропрочные и огнеупорные металлы. Контейнер может быть изготовлен в виде единой конструкции или состоять из многих частей, надежно соединенных между собой. Один из вариантов контейнера представляет металлический контейнер, состоящий из ряда скрепленных заклепками частей, соединенных встык и образующих наружную поверхность контейнера и соединенных внахлест на внутренней поверхности. При другом варианте в контейнер могут быть встроены дополнительные детали для облегчения охлаждения. Материал высокой плотности,.имеющий высокую температуру плавления, может служить обкладкой всей внутренней поверхности контейнера или части ее. В идеальнем случае можно пользоваться материалом, имеющим такую же плотность, как и топливо, например необогащенной двуокисью урана.

Как было указано, периферийные модульные устройства ввода могут содержать перфорированные пластины. Под действием частиуек, образовавшихся в результате плавения, пластины расплавляются .и осколки могут опускаться вниз. При другом варианте можно использовать контейнер и модульное устройство ввода, показанные в упрощенном виде на фиг. 9 (обкладка, модульное устройство ввода и контейнер). В этом варианте нижние перфорированные пластины закрыты кожухом 55. Предусмотрены приспособления для крепления кожуха к модульному устройству ввода и для создания сообщения с боковой трубкой.

В любом из описанных вариантов имеется вероятность, что некоторое количество образовавшихся в результате плавления частичек попадут в боковую трубку и в этом случае частицы либо расплавят трубку и попадут в контейнер, либо затвердеют в трубке.

И то, и другое скорее acего произойдет в более тонкой части 56 боковой трубки (см. фиг. 3) и не воспрепятствует устройству вы полнить свои функции при возникновении непредвиденных случаев.

Формула изобретения

i. Устройство для улавливания расплавленного топлива и обломков конструкции тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащее ряд модульных устройств ввода, смонтированных на опорной плите, нижние концы модульных устройств ввода располагаются ниже опорной плиты, при этом в каждое из модульных устройств ввода установлена, по крайней мере, одна тепловыделяющая сборка, отличающееся тем, q что, с целью повышения надежности активной зоны путем собирания и охлаждения расплавленного топлива и обломков конструкции тепловыделяющих сборок, в нижнюю часть каждого из модульных устройств ввода установлены. контейнеры из жаропроч © ного материала.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что контейнеры выполнены из нержавеющей стали.

3. Устройство по и. 1, отличающееся и тем, что контейнеры выполнены из керамического материала.

4. Устройство по п. !, отличающееся тем, что контейнеры выполнены с керамической внутренней и металлической внешней оболочками.

5. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что контейнеры содержат слой необогащенной двуокиси урана, плотность которой примерно равна плотности образовавшихся расплавов.

6. Устройство по пп. 1 — 5, отличающееся тем, что, с целью улучшения подвода расплавленного топлива.и обломков конструкции тепловыделяющих сборок в контейнер, он имеет бункер в своей верхней части.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции № 2241850, МКИ G 21 С 13/02, 3/30, опублик. 1974.

2. Патент Франции № 2284169, лз кл. G 21 С 15/00, опублик. 07.05.76 (прототип).

712050 ож.1

Составители В. Мешков

Редактор Е. Гончар Техред K. Шуфрич Корректор В. Сини".1: - .

Заказ 9068 46 тр Sos Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Филиал ППП а Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная. 4