Патент на изобретение №2222059

(54) ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА КАНАЛЬНОГО УРАН-ГРАФИТОВОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора предназначена для использования в области ядерной энергетики. Тепловыделяющая сборка снабжена расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой. Поверхность ступени последней контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика. Выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании. Центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль. Профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки выполнены из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков. Обеспечивается улучшение параметров сборки. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике и касается конструкций двухпучковых тепловыделяющих сборок, обеспечивающих возможность извлечения поврежденных тепловыделяющих элементов и применяемых в реакторах типа РБМК (реактор большой мощности канальный).

Уровень техники
Известна тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая два пучка тепловыделяющих элементов, образованных тепловыделяющими элементами, размещенными в дистанционирующих решетках, которые жестко крепятся на центральной каркасной трубе (RU 2072569, G 21 С 3/00, 27.01.1997). В известной сборке нижний хвостовик закреплен на центральном стержне с помощью нижнего крепежного средства, выполненного в виде гайки, застопоренной на центральном стержне. Демонтаж такой сборки предполагает размещение ее в шахте разделки, разделение пучков тепловыделяющих элементов и срезание нижнего хвостовика и гайки тепловыделяющей сборки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемой тепловыделяющей сборке является тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика подвеску, жестко соединенную с центральным стержнем, и нижний хвостовик, поджатый в направлении подвески посредством гайки, резьба которой взаимодействует с ответной резьбой, выполненной на центральном стержне, проходящем через центральное отверстие хвостовика (RU 2128375, G 21 С 3/32, 27.03.1999). В известной конструкции нижний хвостовик и гайка, поджимающая его, зафиксированы на центральном стержне посредством штифтов.

Фиксация гайки и нижнего хвостовика штифтами существенно усложняет демонтаж тепловыделяющей сборки, поскольку расфиксацию гайки и нижнего хвостовика осуществляют резкой. В этом случае после замены дефектного тепловыделяющего элемента необходимо монтировать новый центральный стержень с подвеской, нижний хвостовик и гайку, что повышает затраты на монтаж-демонтаж. Кроме того, срезка нижней части тепловыделяющей сборки предполагает использование специальной оснастки, а при изначальном монтаже сборки необходимо в гайке, нижнем хвостовике и центральном стержне выполнять отверстия под штифты.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание и разработка тепловыделяющей сборки канального уран-графитового ядерного реактора, обладающей улучшенными параметрами.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в том, что существенно упрощается монтаж-демонтаж тепловыделяющей сборки, повышается технологичность ее конструкции, уменьшается номенклатура оснастки, используемой при монтаже-демонтаже.

Данные технические результаты достигаются тем, что тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика подвеску, жестко соединенную с центральным стержнем с одетыми на него пучками твэлов, и нижний хвостовик, поджатый в направлении подвески посредством гайки, резьба которой взаимодействует с ответной резьбой, выполненной на центральном стержне, проходящем через центральное отверстие нижнего хвостовика, снабжена расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой, поверхность ступени которой контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании, причем центральные отверстия в верхнем и нижнем и хвостовиках имеют фасонный профиль, а профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков соответственно выполнены из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков.

По второму варианту выполнения тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика подвеску, жестко соединенную с центральным стержнем, проходящим через центральное отверстие нижнего хвостовика, поджатого в направлении подвески посредством гайки с резьбой, снабжена цилиндрическим обтекателем, установленным вокруг свободного конца центрального стержня с возможностью его продольного перемещения, ограниченного упором, выполненным на оконечной части свободного конца центрального стержня, и расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой, поверхность ступени которой контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании посредством взаимодействия резьбы гайки с ответной резьбой, выполненной на наружной поверхности цилиндрического обтекателя, причем центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль, а профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков соответственно выполнены из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что тепловыделяющая сборка снабжена расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой, поверхность ступени которой контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании. В результате поджатие нижнего хвостовика в направлении подвески осуществляется через промежуточный элемент – ступенчатую втулку. Для исключения поворота элементов тепловыделяющей сборки друг относительно друга при завинчивании гайки необходимо центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках выполнить с фасонным профилем, а профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков соответственно выполнить из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков.

По второму варианту отличительная особенность состоит в том, что тепловыделяющая сборка снабжена цилиндрическим обтекателем, установленным вокруг свободного конца центрального стержня с возможностью его продольного перемещения, ограниченного упором, выполненным на оконечной части свободного конца центрального стержня. Гайка при этом взаимодействует с ответной резьбой, выполненной на наружной поверхности цилиндрического обтекателя, что исключает необходимость выполнения резьбы на центральном стержне.

Кроме того, упор может быть выполнен в виде разрезного кольца, размещенного в кольцевой канавке, выполненной на оконечной части свободного конца центрального стержня или в виде вилки, размещенной в пазах, выполненных на оконечной части свободного конца центрального стержня.

Целесообразно гайку выполнить с обжимаемой юбкой для охвата выступающей за габарит хвостовика части ступенчатой втулки, что позволит надежно застопорить гайку.

Предпочтительно чтобы центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имели фасонный профиль, в частности, в виде овала, соответствующий профилям поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков соответственно.

Фасонный профиль центральных отверстий верхнего и нижнего хвостовиков может быть образован посредством промежуточной втулки.

Перечень чертежей
На фиг.1 изображена верхняя часть тепловыделяющей сборки, на фиг.2 изображено сечение А-А, на фиг.3 показано сечение Б-Б нижней части тепловыделяющей сборки, на фиг.4 показано сечение В-В нижней части тепловыделяющей сборки, на фиг.3 приведен вид Г, на фиг.6 показано сечение Д-Д второго варианта выполнения нижней части тепловыделяющей сборки, на фиг.7 показано сечение Е-Е второго варианта выполнения тепловыделяющей сборки, на фиг. 8 приведен вид Ж, на фиг.9 показана вилка.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора содержит расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика 1 подвеску 2. Подвеска 2 жестко соединена с центральным стержнем 3, например посредством штифта. Нижний хвостовик 5 тепловыделяющей сборки поджат в направлении подвески 2 посредством гайки 6. По первому варианту резьба гайки 6 взаимодействует с ответной резьбой, выполненной на центральном стержне 3, проходящем через центральное отверстие нижнего хвостовика 5. Тепловыделяющая сборка снабжена расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика 5 вокруг центрального стержня 3 ступенчатой втулкой 7. Поверхность ступени втулки 7 контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика 5, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки 6 при ее завинчивании. Центральные отверстия в верхнем хвостовике 1 и в нижнем хвостовике 5 имеют фасонный профиль, а профили 8 поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков соответственно выполнены из условия обеспечения фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно обоих хвостовиков (см. фиг.2). Очевидно, что фасонные профили центральных отверстий обоих хвостовиков могут быть самой различной формы – овал, квадрат, треугольник и т.д. Фасонный профиль в верхнем хвостовике может быть идентичен фасонному профилю в нижнем хвостовике. Профили 8 поперечных сечений подвески и ступенчатой втулки можно выполнить соответствующими фасонным профилям центральных отверстий – овал квадрат, треугольник и т.д. Профили 8 поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки можно выполнить не соответствующими фасонным профилям центральных отверстий, но при условии обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков, например квадрат и овал.

По второму варианту тепловыделяющая сборка снабжена цилиндрическим обтекателем 9, установленным вокруг свободного конца центрального стержня 3 с возможностью продольного перемещения, ограниченного упором, выполненным на оконечной части свободного конца центрального стержня. Упор может быть выполнен любым известным образом, например в виде вилки 10, устанавливаемой в пазах центрального стержня или в виде разрезного кольца. Резьба гайки 6 взаимодействует с ответной резьбой, выполненной на наружной поверхности цилиндрического обтекателя 9. Т.е. по второму варианту на свободном конце центрального стержня 3 резьба отсутствует. Для исключения выпадения вилки 10 из пазов, целесообразно в обтекателе 9 выполнить кольцевую проточку 11. Габаритные размеры втулки 7, гайки 6, обтекателя 9 определяются несложными расчетами.

Для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гайка 6 имеет обжимаемую юбку 12, выполненную с возможностью охвата выступающей за габарит хвостовика части ступенчатой втулки. Монтаж-демонтаж тепловыделяющей сборки очевиден из ее конструкции и заключается в сборке ее элементов посредством несложной оснастки. Наружную поверхность выступающей части ступенчатой втулки целесообразно выполнить шестигранной формы, что позволит фиксировать ее ключом при затягивании гайки 6 до необходимого крутящего момента.

Формула изобретения

1. Тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика подвеску, жестко соединенную с центральным стержнем с надетыми на него пучками твэлов, и нижний хвостовик, поджатый в направлении подвески посредством гайки, резьба которой взаимодействует с ответной резьбой, выполненной в центральном стержне, отличающаяся тем, что снабжена расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой, поверхность ступени которой контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании, причем центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль, а профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно, выполнены из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков.

2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что гайка имеет юбку, выполненную с возможностью охвата выступающей за габарит хвостовика части ступенчатой втулки.

3. Тепловыделяющая сборка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль, соответствующий профилям поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно.

4. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль в виде овала.

5. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что профили поперечных сечений подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно, выполнены в виде овала.

6. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что фасонный профиль центральных отверстий верхнего и нижнего хвостовиков образован посредством промежуточной втулки.

7. Тепловыделяющая сборка канального уран-графитового ядерного реактора, содержащая расположенную в центральном отверстии верхнего хвостовика подвеску, жестко соединенную с центральным стержнем, проходящим через центральное отверстие нижнего хвостовика, поджатого в направлении подвески посредством гайки с резьбой, отличающаяся тем, что снабжена цилиндрическим обтекателем, установленным вокруг свободного конца центрального стержня с возможностью его продольного перемещения, ограниченного упором, выполненным на оконечной части свободного конца центрального стержня, и расположенной в центральном отверстии нижнего хвостовика вокруг центрального стержня ступенчатой втулкой, поверхность ступени которой контактирует с поверхностью торца нижнего хвостовика, а выступающий за габарит нижнего хвостовика торец ступенчатой втулки взаимодействует с поверхностью торца гайки при ее завинчивании посредством взаимодействия резьбы гайка с ответной резьбой, выполненной на наружной поверхности цилиндрического обтекателя, причем центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль, а профили поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно, выполнены из условия обеспечения азимутального фиксирования подвески и ступенчатой втулки относительно верхнего и нижнего хвостовиков.

8. Тепловыделяющая сборка по п.7, отличающаяся тем, что упор выполнен в виде разрезного кольца, размещенного в кольцевой канавке, выполненной на оконечной части свободного конца центрального стержня.

9. Тепловыделяющая сборка по п.7, отличающаяся тем, что упор выполнен в виде вилки, размещенной в пазах, выполненных на оконечной части свободного конца центрального стержня.

10. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.7-9, отличающаяся тем, что гайка имеет юбку, выполненную с возможностью охвата выступающей за габарит хвостовика части ступенчатой втулки.

11. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.7-10, отличающаяся тем, что центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль, соответствующий профилям поперечных сечений торца подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно.

12. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.7-11, отличающаяся тем, что центральные отверстия в верхнем и нижнем хвостовиках имеют фасонный профиль в виде овала.

13. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.7-12, отличающаяся тем, что профили поперечных сечений подвески и ступенчатой втулки, расположенных в центральных отверстиях верхнего и нижнего хвостовиков, соответственно, выполнены в виде овала.

14. Тепловыделяющая сборка по любому из пп.7-13, отличающаяся тем, что фасонный профиль центральных отверстий верхнего и нижнего хвостовиков образован посредством промежуточной втулки.

РИСУНКИ