Елемент ядерного реактора, зокрема, поглинаючий елемент

1 Элемент ядерного реактора, в частности, поглощающий элемент, с вытянутым в длину, имеющим верхний и нижний конец корпусомоболочкой, в котором выполнен коаксиальный к корпусу-оболочке направляющий канал для сво бодного направления штанги, которая на нижнем конце вытян уто го в длин у корпуса -оболочки вы полнена с возможностью соединения с голо вкой тепловыделяющего элемента, вытянутого в длину, содержащего тепловыделяющие стержни с ядер ным топливом тепловыделяющего элемента ядерного реактора, а также с расположенным на этом нижнем конце корпуса-оболочки хвостовиком элемента, который представляет собой коакси альное к корпусу-оболочке полое тело и содержит удерживающий элемент геометрического замыка ния для головки тепловыделяющего элемента, отличающийся тем, что направляющему каналу внутри корпуса-оболочки придана муфта свобод ного хода, которая противодействует вытягиванию штанги из верхнего конца корпуса-оболочки в про дольном направлении этого корпуса-оболочки за счет силового замыкания между штан гой и вытя нутым в длину корпусом-оболочкой и, что удержи вающий элемент геометриче ского замыкания на хвостовике элемента выполнен с возможностью стопорения путем геометрического замыкания против стягивания головки тепловыделяющего элемента от хвостовика элемента в направлении продольной оси корп уса-о болочки и хвостовика элемента 2 Элемент ядерного реактора по пункту 1, отличающийся тем, что удерживающий элемент геометрического замыкания принадлежит к группе окружной шлиц, который наклонен к продольной оси корпуса-оболочки, окружной паз, который наклонен к продольной оси корпуса-оболочки, ради альное углубление и ра диальный ввод, а также радиальный выступ 3 Элемент ядерного реактора по пункту 1, отл и чающийся тем, что удерживающий элемент гео метрического замыкания находится снаружи или вн утри на боковой по вер хности хвосто вика эле мента 4 Элемент ядерного реактора по пункту 1Т отли чающийся тем, что радиальный выступ является перемещаемым туда и обратно в радиальном на правлении 5 Элемент ядерного реактора по пункту 1, отл и чающийся тем, что хвосто вик элемента в корпу се-оболочке установлен с возможностью вра ще ния вокруг продольной оси этого корпусаоболочки 6 Элемент ядерного реактора по пункту 1, отл и чающийся тем, что м уфте свободного хода при дано расположенное в корпусе-оболочке устрой ство с температурным датчиком, которое ревер сивно устраняет силовое замыкание между корпу сом-оболочкой и штангой, если температура на температурном датчике является ниже, чем зара нее заданное значение 7 Элемент ядерного реактора по пункту 1, отл и чающийся тем, что м уфта сво бодно го хода со держит свободное зажимное тело для за хва та с силовым замыканием на штанге , которое скаты вается на, расположенной внутри корпусаоболочки, плоскости скатывания с зазором отно сительно продольной оси корпуса-оболочки, кото рый постепенно уменьшается, если смотре ть в направлении к верхнему концу корпуса-оболочки и что предусмотрена опирающаяся одним концом на корпусе-оболочке пружина, которая другим концом оказывает направленную вер хнему концу корпуса-оболо чки пр ужинную силу на зажимное тело 8 Элемент ядерного реактора по п унктам 6 и 7 , отлича ющийся тем, что температурный датчик представляет собой вытян утое в длину биметал лическое те ло с пер вым ме талли ческим телом , которое одним концом закреплено на корп усеоболочке и др угим концом закреплено на конце второго металлического тела и что металлическое тело имеет больший коэффициент теплового расширения, чем первое металлическое тело, а на др угом конце содержит поводковое тело для зажимного тела в направлении от верхнего конца ко рпуса-обол оч ки 27922 зажимного тела в направлении от верхнего конца корпуса-оболочки. 9. Элемент ядерного реактора по п ункту 5 , о тли ча ющий ся тем , что хво сто вик элемен та п ред ставляет собой полый цилиндр, который располо жен в вы тянутом в длину корпусе-оболо чке коаксиапьно, а также без возможности перемещения в направлении продольной оси корпуса-оболочки и что корпус-оболочка содержит фиксирующий орган для фиксации на головке тепловыделяюще го элемента. 10. Элемент ядерного реактора по пункту 5, отли чающийся тем, что хвостовик элемента является фиксируемым в заранее заданном положении угла вращения на корпусе-оболочке. 11. Элемент ядерного реактора по пункту 2, отли чающийся тем, что окружной шлиц или соо тве т ственно окружной паз в хвостовике элемента переходит на одном конце шлица, или соответственно паза в продольный шлиц, или соответственно продольный паз, который находится между этим концом шлица окружного шлица, или соответственно окружным пазом и нижним концом корпуса-оболочки. 12. Элемент ядерного реактора по пункту 1, отличающийся тем, что через направляющий канал направляется штанга, которая соединена на головке тепловыделяющего элемента через разъемную муфту и что головка тепловыделяющего элемента через соединение с геометрическим замыканием, в котором принимает участие удерживающий элемент геометрического замыкания, подвешена на хвостовике элемента. Изобретение относится к элементу ядерного реактора, в частности, к поглощающему элементу с вытянутым в длину, имеющим верхний и нижний конец, корпусом-оболочкой, в котором выполнен коаксиальный к корпусу-оболочке направляющий канал для свободного направления штанги, которая на нижнем конце вытянутого в длину корпусаоболочки выполнена с возможностью соединения с головкой тепловыделяющего элемента вытянутого в длину, содержащего тепловыделяющие стержни с ядерным топливом тепловыделяющего элемента ядерного реактора, а также с расположенным на этом нижнем конце корпуса-оболочки хвостовиком элемента, который предста вляе т собой коаксиальное к корпусу-обо лочке полое тело и содержит удерживающий элемент геометрического замыкания для головки тепловыделяющего элемента. Подобный, выполненный в виде поглощающего элемента, элемент ядерного реактора известен из стр. 50 "Nuclear Engineering Inter-national Special Publications, Fuel Review 1991". В этом поглощающем элементе хвосто вик элемента жестко связан с корпусом-оболочкой, а удерживающий элемент геометрического замыкания представляет собой продольный шлиц для приема радиального штифта, находящегося на головке тепловыделяющего элемента ядерного реактора. Этот продольный шлиц открыт на, обращенной от корпуса-оболочки, конечной кромке хвостовика элемента. В ядерном реакторе направляемая по направляющему каналу штанга вертикально подвешена на верхнем конце, в то время как нижний конец связан со штыковой муфтой в головке тепловыделяющего элемента ядерного реактора на тепловыделяющем элементе ядерного реактора, так что тепловыделяющий элемент ядерного реактора висит на штанге под поглощающим элементом. Таким образом, хотя поглощающий элемент и тепловыделяющий элемент ядерного реактора, за счет радиального штифта в продольном шлице хвостовика поглощающего элемента, являются взаимно ориентированными по вращению, однако если муфта в головке теппловыделяющего элемента ядерного реактора отказывает, то тепловыделяющий элемент ядерного реактора сам по се бе или вместе с поглошающим элементом может упасть в ядерный реактор. Здесь в любом случае существуе т опасность повреждения тепловыделяющего элемента ядерного реактора. Если поглощающий элемент падает вместе с тепловыделяющим элементом, то поглощающий элемент невольно попадает в свое выключенное положение в активной зоне реактора и приводит к спаду мощности ядерного реактора. Если же поглощающий элемент, например, вследствие фрикционного замыкания остается вне своего выключенного положения в активной зоне ядерного реактора, то в активной зоне ядерного реактора вместо упавшего тепловыделяющего элемента ядерного реактора находится только вода в качестве замедляющего вещества. Это приводит к нежелательному повышению мощности остающихся е ще в активной зоне ядерного реактора тепловыделяющих стержней. Последнее также может произойти, если поглощающий элемент при нормальном вводе в активную зону ядерного реактора остается висеть, например, вследствие фрикционного замыкания, в то время как присоединенный к штанге тепловыделяющий элемент ядерного реактора - как это предусмотрено - выводится из активной зоны ядерного реактора. В основе изобретения лежит задача - исключить подобные неисправности. Для решения этой задачи элемент ядерного реактора, упомянутого вначале типа, отличается согласно изобретению тем, что направляющему каналу внутри корпуса-оболочки придана муфта свободного хода, которая противодействует вытягивани ю штанги из вер хнего конца корп уса оболочки в продольном направлении этого корпуса-оболочки за счет силового замыкания между шта н гой и вы тя н утым в длин у ко рп усом оболочкой, и тем, что удерживающий элемент геометрического замыкания на хвостовике элемента выполнен с возможностью стопорения путем геометрического замыкания против стягивания головки тепловыделяющего элемента от хвостовика элемента а направлении продольной оси корпуса-оболочки и хвостовика элемента. Муфта свободного хода предотвра щает то, что элемент ядерного реактора {поглощающий элемент) может свободно падать вдоль штанги в 27922 ядерный реактор, в то время как удерживающий элемент геометрического замыкания на хвостовике элемента образует, с соответствующим удерживающим элементом геометрического замыкания на тепловыделяющем элементе ядерного реактора, геометрическое замыкание между элементом ядерного реактора и тепловыделяющим элементом ядерного реактора так, что тепловыделяющий элемент ядерного реактора дополнительно висит на элементе ядерного реактора и не может от него отделиться. Нацеленное отделение элемента ядерного реактора (поглощающего элемента) от тепловыделяющего элемента ядерного реактора может, в принципе, производиться за счет того, что геометрическое замыкание между элементом ядерного реактора (поглощающим элементом) и тепловыделяющим элементом ядерного реактора снимают и после этого стягивают вдоль штанги элемент ядерного реактора (поглощающий элемент) в направлении от тепловыделяющего элемента ядерного реактора. В другой форме выполнения изобретения, при которой муфте свободного хода придано размещенное в корпусе-оболочке устройство с температурным датчиком, которое обратимо снимав1" геоме три че ское замык ание меж ду ко рп усом оболочкой и штангой, если тямперат/ра на температурном датчике меньше, чем заданное значение, существует возможность, при отключенном и поэтому холодном реакторе, например, путем вращения штанги вокруг ее продольной оси вначале освободить сцепление штанги с головкой тепловыделяющего элемента тепловыделяющего элемента ядерного реактора и после этого вытянуть штангу сквозь поглощающий элемент из ядерного реактора После этого с помощью подъемного инструмента можно вытянуть из ядерного реактора вначале поглощающий элемент, а затем тепловыделяющий элемент ядерного реактора Изобретение и его преимущества более подробно поясняются на примере выполнения с помощью чертежей, на которых показано: Фигура 1 - в перспективном представлении и частично в сечении соответствующий изобретению поглощающий элемент, который связан с тепловыделяющим элементом ядерного реактора. Фигура 2 - разделена на части 2А и 2В и показывает в продольном сечекии поглощающий элемент согласно фигуре 1. Фигура 3 - показывает измененный частный случай поглощающе го элемента согласно фигурам 1 и 2. Поглощающий элемент 2 согласно фигурам 1 и 2 содержит имеющий форму полого цилиндра хвостовик элемента 3. На этом, имеющем форму полого цилиндра, хвостовике элемента 3 коаксиально и с зазором относительно хвостовика элемента 3 расположен выполненный в виде полого тела, вытянутый в длину корпус-оболочка 4. Этот хвостовик элемента 3 установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси в корпусеоболочке 4 и удержи вается в этом корп усе оболочке 4 без возможности перемещения в направлении продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 с помощью выступающе го опорного пояса 5 снаружи на боковой по вер хности хвосто вика тепло выделяющего элемента 3. Далее между хвостовиком элемента 3 и корпусом-оболочкой 4 расположены коаксиально и друг над другом кольца 41 из сильно поглощающего нейтроны материала и удерживаются внутри на корпусе-оболочке 4. В то время как хвостовик элемента 3 своим нижним концом выступает из нижнего конца корпуса-оболочки 4, верхний конец хвостовика элемента 3 находится вблизи верхнего конца корпусаоболочки 4 внутри этого корпуса-оболочки 4. На этом верхнем конце этот хвосто вик элемз.чтз 3 несет муфту свободного хода. Эта муфта свободного хода придана направляющему каналу б ДЛИ штанги 7, который находится внутри хвостовика элемента 3 и является коаксиальным относительно хвостовика элемента 3 и корпуса-о&опочки 4. І! Луфта свободного хода содержит три свободных зажимных тела 8, которые, например, являются шарами одинаковой величины и из которых показано только одно единственное зажимное тело 8 на фигурах 1 и 2. Эти шары своим центром шара относительно друг друга находятся всегда в плоскости поперечного сечения хвостовика элемента 3. Все три зажимных тела 8 иыеют относительно проделкой оси 4а корпуса-оболо чки 4 одинакоьзз упювое расстоЯгіие друг от друга Далее каждое из этих свободных зажимных тел 8 скатываются на представляющей собой наклонную плоскость поверхности скатывания 9, которая соответственно расположена на внутренней стороне хвостовика элемента 3 вблизи верхнего конца корпуса-оболочки 4 Каждая из наклонных плоскостей наклонена относительно продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 под одинаковым углом, и в одном wi том же поперечном сечении корпуса-оболочки 4 расстояние наклонных плоскостей от продольной оси 4а является одинаковым Кроме того, расстояние между наклонными плоскостями и продольной осью 4а корпуса-оболочки 4 постепенно уменьшается при рассмотрении в направлении к верхнему кониу корпуса-оболочки 4, так что также и зажимные тела 8 относительно продольной оси 4з корпуса-оболочки 4 могут скатываться по наклонным плоскостям в направлении этой продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 с зазором, который также постепенно уменьшается при рассмотрении в направлении к верхнему концу корпуса-оболочки 4. Каждая наклонная плоскость на своем конце, обращенном к нижнему концу корпуса-оболочки 4, покрыта защитным элементом 10, который закреплен на внутренней стороне хвостовика элемента 3 Между защитным элементом 10 и соответствующим зажимным телом S зажата пружина 11, выполненная в виде винтовой пружины, продольная ось которой является параллельной продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 Эта пружина 11 нагружена давлением и опирается одним концом на защитный элемент 10 и другим концом на свободное зажимное тело 8. Температурный датчик состоит из вытянутого в длину биметаллического тела, которое образовано из двух тр уб, коаксиальных др уг к др угу и к корпу су-обол очки 4 и таким образом и к хвостовику элемента 3. Вн утренняя тр уба в качестве вто 27922 рого металлического тела 13 имеет больший коэффициент температурного расширения, чем внешняя труба в качестве первого металлического тела 12, в котором в значительной степени находится внутренняя труба. Внутренняя труба образует, кроме того, часть направляющего канала 6, предназначенного ДЛИ штанги 7. В то время как обе трубы на одном конце скреплены друг с другом, внешняя тр уба на другом конце закреплена на обращенной к нижнему концу корпуса-оболочш 4 стороне защитного элемента 10. Другой конец внутренней трубы содержит соответственно поводковое тело 14 для каждого зажимного тела 8, которое свободно захватывает свер ху плоскость скатывания 9 и охватывает сзади соответствующее зажимное тело 8 между верхним концом корпуса-оболочки 4 и этим зажимным телом 8. Далее внутренняя труба имеет дня каждого зажимі юго тела 8 проходное окно 15, которое является продолговатым отверстием, вытянутым в направлении продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 и сквозь которое, направляемое в проходном окне 15, соответствующее зажимное тело 8 может с силовым замыканием воздействовать на штангу 7. Целесообразным образом каждое зажимное тело 8 изготовлено из особенно твердого материала, например, железо-хром-молибденового сплава и имеет снабженную рифлением поверхность. В конце хвостовика элемента 3 на верхнем конце корпуса-оболочки А находится муфта 16, которая расположена коаксиально к корпусуоболочке 4 и таким образом и к хвостовику элемента 3. Эта муфта 16 имеет снаружи три лопатки 17, которые имеют одинаковое угловое расстояние относительно продольной оси муфты 16. Эти лопатки 17 свободно направляют муфту 16 в хвостовике элемента 3. Нз этих' лопатках далее находится винтовая пружина 18, которая одним концом пружины опирается на три лопатки 17, а другим концом пружины - на плечо 19 на внутренней стороне хвостовика элемента 3. По меньшей мере, одна из лопаток 17 имеет язычок 20, которым она свободно входит в вы ходящий от края на конце хвостовика элемента 3 продольный шлиц 21. Далее каждая лопатка 17 образует направленную к верхнему концу корпуса-оболочки 4 распорку 22. Распорки 22 заканчиваются на коаксиальном относительно корпуса-оболочки 4 кольце 23, которое свободно установлено в головке 24. Эта головка 24 вставлена в вер хний конец корпуса-оболочки 4 и жестко привинчена винтами 25 стабильно к кручению нэ корпусе-оболочке 4. Снаружи на кольце 23 далее находится, по меньшей мере, одно ребро 26, которое входит в выходящий от конечного края состоящей из полого тепа головки 24 продольный шлиц 26а. Выступающая из нижнего конца корпусаоболочки 4 часть хвостовика элемента 3 входит в представляющую собой полое тело головку тепловыделяющего элемента 30, которая жестко вставлена в верхний конец кожуха тепловыделяющего элемента 31 вытянутого в длин у тепловыделяющего элемента ядерного реактора и там зафиксирована с помощью штыкового соединения 30а с кожухом тепловыделяющего элемента 31. В кожухе тепловыделяющего элемента 31 располо жен ряд заполненных ядерным топливом, параллельных др уг к другу, тепловыделяющи х стержней. Головка тепловыделяющего элемента 30 содержит снабженное вводами, например, для жидкости, основание, на внешней стороне которого выполнена коаксиальная относительно продольной оси корпуса-оболочки 4 первая половина 32 разъемной муфты (например, штыковой муфты). Эта первая половина 32 муфты является открытой в направлении к направляющему каналу 6 в поглощающем элементе 2. Направляемая через направляющий канал 6 штанга 7 содержит на, находящемся в первой половине 32 муфты, конце- втор ую половину 33 этой разъемной муфты. Ее половина 32 муфты соединена с половиной 33 муфты. На гсложе тешчэ&уделяющегс элемента 30 размещены дка радиальных шти фта 34 на вн утренней поверхности этой головки тепловыделяющего элемента 30. Эта радиальные штифты 34 входят соответственно в окружной шлиц 35, который находится в полом цилиндре хвостовика элемента 3 поглощающего элемента 2 в качестве удерживающего элемента геометрического замыкания наклонно под прямым углом к продольной оси 4s корпуса-оболочки 4. Вместо этого окружного іиг.'ліщ снаружи иг боковой поверхности полого цилиіідр? хвостовика элемента может также находиться окружной паз. Удерживающий элемент геометрического замыкания может также представлять собой, задвижку или защелку, которая образует на полом цилиндре хвостовика элемента радиальный выступ, который установлен с возможностью перемещения туда и обратно в радиальном направлении полого цилиндра. Удерживающий элемент геометрического замыкания может также представлять собой радиальное углубление и радиальный ввод на полом цилиндре хвостовика элемента 3. Корпус-оболочка 4 имеет на своем нижнем конце на конечном крае, по меньшей мере ( одну параллельную к продольному направлению корпуса-оболочки А цапфу в качестве фиксирующего органа 36, которая для ориентации по вращению поглощающего элемента 2 и висящего на штанге 7 тепловыделяющего элемента ядерного реактора 29 входит в зацепление в соответствующий пара ллельны й к про дольн ой о си 4а к орп уса оболочки 4 паз 37, который выходит от края на верхнем конце головки тепловыделяющего элемента 30. При вставлении в тепловыделяющий элемент ядерного реактора 29 вначале насаживают поглощающий элемент 2 коаксиально на головку тепловыделяющего элемента 30 тепловыделяющего элемента ядерного реактора 29 так, что хвостовик элемента 3 на нижнем конце корпусаоболочки 4 захватывает головку тепловыделяющего элемента 30. При этом, радиальные штифты 34 соответственно проведены через выходя щий от конечного края полого тела хвостовика элемента 3 продольного шлица 38 к окружному шлицу 35. После этого, сквозь головку элемента 24 поглощающе го элемента 2 направляют инструмент, которым муфта 16 сдвигается в направлении головки тепловыделяющего элемента 30 против 27922 силы винтовой пружины 18. Одновременно, инструмен том, воздействующим на перемычки 22 муфту 16 и, таким образом, полый цилиндр хвостовика элемента 3 поворачивается вокруг продольной оси 4а корпуса-оболочки 4 до тех пор, пока ребра 26 могут входить в соответствующие пазы 26а в головке элемента 24 После удаления инструмента ребра 26 заходят в эти пазы 26а, так что хвостовик элемента 3 в этом заданном положении угла поворота зафиксирован на корпусеоболочки 4, а радиальные штифты 34, как это является желательным, находятся в окружном шлице 35 в полом цилиндре хвостовика элемента 3. Наконец штанга 7 вводится в направляющий канал 6 и половину муфты 32 и 33, за счет вращения штанги 7 вокруг ее продольной оси соединяются друг с др угом. После этого, вися щий теперь на штанге 7 тепловыделяющий элемент ядерного реактора 29 втягивается снизу вверх в активн ую зону реактора, в то время как поглощающий элемент 2 вытягивается из активной зоны реактора вверх. После того, как протекающее через тепловыделяющий элемент ядерного реактора 29 и поглощающий элемент 2 охлаждающее средство достигло своей рабочей температуры, образованное двумя трубами 12 и 13 биметаллическое тело через зажимное тело 8 создает силовое замыкание между корпусом-оболочкой поглощающего элемента 2 и штангой 7, которое является реверсивным, так как это силовое замыкание после отключения ядерного реактора и охлаждения охлаждающего средства снова устраняется. Если состоя щая из половин 32 и 33 муфта между штангой 7 и головкой тепловыделяющего элемента 30 отказывает во время работы ядерного реактора, то штанга 7 не может быть вытянута по направлению к головке элемента 24 на верхнем конце тела-оболочки 4 из направляющего канала 6 . Э то озна чае т, что тепловы деляющий элемент ядерного реактора 29 не падает, а через радиальные штифты 34 остается висеть на поглощающем элементе 2, который со своей стороны, вследствие силового замыкания между поглощающим элементом 2 и штангой 7 через зажимное тело 8, висит на штанге 7. Для отключения ядерного реактора тепловыделяющий элемент ядерного реактора 29 снова выводится вниз из активной зоны реактора и одновременно поглощающий элемент 2 вводится в активную зону реактора После остывания охлаждающего средства также силовое замыкание через зажимное тело 8 соответственно под действием соответствующего поводкового тела 14 снова устраняется так, что штанга 7 после расцепления муфты относительно головки тепловыделяющего элемента 30 может быть вытянута вверх из направляющего канала 6. После этого могут быть снова выведены друг за другом, с помощью особого подъемного инструмента, вначале поглощающий элемент 2 и затем тепловыделяющий элемент ядерного реактора 29 вверх из ядерного реактора Как показывает фигура 3, окружной шлиц 35 в полом цилиндре хвостовика элемента 3 на одном конце шлица может под острым углом относительно продольной оси 4а и продольного шлица 38 выходить от этого продольного шлица 38. На другом конце шлица этот окружной шлиц 35 переходит в др угой продольный шлиц 40, который находится между этим другим концом шлица и нижним концом тела-оболочки 4. За счет этого обеспечивается ориентация вращения между головкой тепловыделяющего элемента 30 тепловыделяющего элемента ядерного реактора 29 с одной стороны и хвостовиком элемента 3 - е другой стороны, так что могут отпадать или состоящие из цапфы на нижнем крае корпуса-оболочки 4 фиксирующие органы 36 или муфта 16. 27922 Фиг. 1 _ 27922 27922 ffl CM 8 27922 34 2.0 35 34 і Фиг. З 27922 ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатєнт) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254- 42-30, 295-61-97 Підписано додр ук у ЗО. 03 .2001 р . Формат60 x84 1 /8. Обся г /10 обл.-вид.арк. Ти раж 50 прим. Зам. ъ$ УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22 10