Тепловидільна збірка ядерного дослідного реактора

Реферат: UA 110424 U UA 110424 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рішення, що заявляється, належить до ядерної техніки, а саме до тепловидільних збірок (ТВЗ) активних зон ядерних реакторів і може бути використане переважно в дослідних реакторах. Відомі тепловидільні збірки [1], що містять трубчасті тепловидільні елементи (твели), які використовуються в російських дослідних реакторах ВВР-М, ІРТ-М та інших. Зокрема, ТВЗ типу ВВР-М2 складається з несучого вузла, виконаного із зовнішнього твела шестикутної форми в поперечному перерізі, із приєднаними до нього хвостовиком і головкою. Всередині зовнішнього твела розміщені два, концентрично розташованих із зазором між собою, трубчастих твели, встановлених на хвостовику і закріплених з іншої сторони вінчиком, розміщеним так само всередині зовнішнього твела. У цьому випадку вінчик і хвостовик виконують функції решіток. Основним недоліком даної тепловидільної збірки є досить складна її конструкція, викликана твелами, що являють собою тришарові тонкостінні труби різних форм і діаметрів. А це, в свою чергу, ускладнює їхнє виготовлення. До того ж процес виготовлення ТВЗ є залежним і подальшим. Тому що на певному етапі виготовлення ТВЗ, крім хвостовика, головки й вінчика потрібна й наявність готових твелів. Які треба встановити на хвостовику, потім закріпити вінчиком, а після цього прикріпити до зовнішнього твела хвостовик і головку. А процес виготовлення твелів більш трудомісткий і тривалий, чим виготовлення хвостовика, головки й вінчика. У результаті через затримку або відсутність твелів подальше виготовлення ТВЗ стає неможливим, що призводить до простоїв і зниженню продуктивності. Також при з'єднаннях і закріпленнях комплектуючих деталей безпосередньо на тонкостінних твелах з алюмінієвого сплаву, останні можуть бути піддані механічним ушкодженням, у вигляді подряпин або задирок різних довжин і глибин. При перевищенні граничних значень, це є неприпустимим дефектом, який призводить до руйнування твелів, внаслідок їхнього радіаційного збільшення при опроміненні, що веде до зниження якості готових ТВЗ. Відома тепловидільна збірка дослідного реактора [2], яка містить несучий вузол, що являє собою чохол квадратного перерізу, з'єднаний із хвостовиком і головкою. Розміщені усередині чохла, стрижневі тепловидільні елементи закріплені у двох решітках у вигляді обойм, розташованих по кінцях чохла на його внутрішній поверхні. Ця тепловидільна збірка, незважаючи на деяке спрощення конструкції за рахунок виконання тепловидільних елементів однієї стрижневої форми, має ті ж недоліки, що і попередня. Наявність чохла потрібного перерізу також ускладнює конструкцію тепловидільної збірки, а процес її виготовлення є залежним від твелів і подальшим. В певний період виготовлення цієї ТВЗ потрібна частина несучого вузла, тобто чохла, і закріпленої в ньому однієї решітки, і необхідна кількість готових твелів, які спочатку треба встановити та закріпити в цій решітці. Після чого стає можливим на інші наконечники твелів встановити другу решітку і закріпити її в чохлі, а далі почергово з'єднати і прикріпити до чохла, з розміщеними в ньому твелами, хвостовик та головку. А при відсутності або нестачі твелів, яких потрібно набагато більша кількість, чим інших деталей ТВЗ, перелічені дії стають неможливими. Отже, подальше виготовлення ТВЗ зупиняється, що призводить до зниження продуктивності. А наступні прикріплення до чохла із уже розміщеними в ньому твелами другої решітки, хвостовика й головки, наприклад зваркою, може призводити до пошкодження твелів. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого рішення є тепловидільна збірка [3], яка вибрана як найближчий аналог. Вона містить твели і окремі частини корпусу, включно, нижню й верхню решітки, які розташовані на центральному несучому вузлі у вигляді шестигранної труби із хвостовиком і головкою. Хвостовик має у своїй циліндричній частині зовнішню різьбу й обладнаний притискною гайкою, що забезпечує фіксацію нижній решітці. А сама нижня решітка складається по висоті із двох частин, скріплених між собою, причому в нижній частині по осях отворів виготовлені пази під шплінт у вигляді дроту, який закріплює наконечники твелів в частинах решітки. Дана ТВЗ без зовнішнього чохла конструктивно ще більш спрощена в порівняні із вищерозглянутими аналогами, але залишається достатньо складною із-за нижньої решітки, що складається із двох частин, скріплених між собою, і пазів в її нижній частині. А також наявності гайки і різьби під неї на хвостовику. Процес її виготовлення залежить від наявності готових твелів і здійснюється подальше. Тому що, після вироблення частин корпусу, можливо тільки розташувати на його несучому вузлі дві частини нижньої решітки з зазором між собою і підкрутити під них гайку на хвостовику. А для подальшого виготовлення складеного корпусу, а відповідно, і ТВЗ, потрібна наявність певної кількості готових твелів, які необхідно встановити в цих частинах нижньої решітки і закріпити їх дротом, який вводиться в зазор. І тільки після цього стає можливим подальше стягування гайкою двох частин решітки, фіксація гайки зварюванням, обварювання частин нижньої решітки по периметру в місці відокремлювання, приєднання и 1 UA 110424 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кріплення до несучого вузла верхньої решітки і головки. А процес виготовлення твелів більш трудомісткий і тривалий, чим виготовлення частин корпусу, тому що їх потрібна значно більша кількість і крім виготовлення комплектуючих деталей твелів і самих твелів потрібно і готування палива в вигляді таблеток. Тому у разі відсутності або нестачі навіть одного твела перераховані вище дії по виготовленню ТВЗ стають зовсім неможливими і призупиняються, що веде до зниження продуктивності. А наступні дії, зв'язані зі зварюванням гайки з хвостовиком та двох частин решітки поблизу твелів, можуть викликати пошкодження останніх у вигляді підпалів або припікань. В основу корисної моделі поставлена задача створення тепловидільної збірки, яка дозволить спростити її конструкцію і підвищить продуктивність, і якість її виготовлення. Технічний результат досягається перетворенням будови ТВЗ в блокову структуру, тобто поряд з твелами створенням другої незалежної складової частини, що являє собою цільний удосконалений корпус. Поставлена задача вирішується в тепловидільній збірці ядерного дослідного реактора, що пропонується. Ця збірка також, як і найближчий аналог, містить верхню та нижню решітки, розташовані на центральному несучому вузлі у вигляді труби або стрижня із хвостовиком і головкою, і стрижневі тепловидільні елементи, які закріплені в решітках. Новим у пропонованої тепловидільній збірці є те, що в склад її пристрою, поряд із твелами, входить ще одна закінчена матеріальна одиниця, тобто верхня та нижня решітки разом з несучим вузлом утворюють цілісний корпус, у якому одна із решіток забезпечена фіксатором і має можливість переміщення уздовж центрального вузла на відстань, при якій інтервал між решітками більше довжини тепловидільного елемента. Ці особливості конструкції дозволяють спростити конструкцію ТВЗ за рахунок відсутності гайки з різьбою на хвостовику під неї й другої частини решітки з пазами під дріт. Виконання корпусу цілісним, у якому одна із решіток має можливість переміщення уздовж центрального вузла, дозволить з одного боку виготовляти його готовою складовою частиною ТВЗ незалежно від наявності твелів і одночасно з їхнім виготовленням. З іншого боку - створити між решітками вже готового корпусу проміжок більший довжини кожного твела, що дозволить переміщати твели між решітками, з наступним закріпленням у них. Сукупність цих відмін скоротить час вироблення усієї ТВЗ і підвищить продуктивність, а також виготовлення корпусу без тепловидільних елементів виключить їхнє пошкодження й підвищить вихід придатних ТВЗ, а отже, і їх якість. Забезпечення другої решітки корпусу фіксатором дозволить після з'єднання її отворів з другими наконечниками твелів закріпити решітку в потрібному положенні, таким чином виключити її осьові й радіальні зсуви, тим самим утримувати твели в заданому положенні. Пропоноване технічне рішення пояснюється кресленням, на якому зображене поздовжній розріз тепловидільної збірки. Тепловидільна збірка містить тепловидільні елементи 1, закріплені в решітках цілісного корпусу. Нерухливе закріплення одного з наконечників твелів може бути виконане як у верхній решітці, так і в нижній, яку переважно зробити нерухомою. Корпус складається з верхньої 2 і нижньої 3 решіток, які розташовані на центральному несучому вузлі у вигляді труби або стрижня 4 (на кресленні показана труба) із хвостовиком 5 і головкою 6. Нижня решітка 3 постійно закріплена на трубі або стрижні 4, а верхня решітка 2 має можливість переміщення уздовж центрального вузла на відстань, при якій інтервал між решітками більше довжини тепловидільних елементів і забезпечена фіксатором 7, наприклад штифтом або шплінтом для закріплення її в потрібному положенні. Процес збирання тепловидільної збірки відбувається наступним чином. Одночасно з виготовленням твелів 1 проводиться й виготовлення корпусу. Після виготовлення складових деталей корпусу, нижня решітка 3 своїм центральним отвором з'єднується із циліндричною частиною, виконаною на трубі або стрижні 4, переміщається по ній до упору у виступ і закріплюється в такому положенні (наприклад, зварюванням). Потім виконується з'єднання головки 6 із трубою або стрижнем 4 і їх спільне закріплення. Далі з іншого кінця труби або стрижня 4 проводиться з'єднання верхньої решітки 2 з відповідною їй циліндричною частиною й переміщення решітки до упору у виступ, а потім з'єднання й закріплення хвостовика 5 із трубою або стрижнем 4. Після чого може проводитися орієнтація співвісності отворів, у які встановлюються наконечники твелів, обох решіток і виконуватися отвір у виступі верхньої решітки і циліндричної частини труби або стрижня 4 під фіксатор 7. В іншому випадку отвір може виконуватися з уже встановленими в решітках твелами. Перед установленням твелів 1, для зручності, корпус може перебувати у переверненому вертикальному положенні, а верхня решітка 2, переміщується в крайнє нижнє положення, так 2 UA 110424 U 5 10 15 20 25 що між нею й нижньою решіткою 3, утворюється відстань, більша довжини твелів. Твели переміщаються в проміжки між решітками, потім вставляються по щільній посадці своїми нижніми наконечниками в отвори нижньої решітки 3 до упору в неї й нерухомо закріплюються. Нерухливе закріплення твелів у решітці здійснюється одним з відомих способів. Наприклад, шплінтуванням дротом, для чого в наконечниках твелів під нього виконуються отвори, або розведенням вусиків наконечників (як показано на кресленні), для чого в них виконуються пази по їхній осі симетрії. Після закріплення твелів у нижній решітці 3, верхня решітка 2, переміщується назад до упору у виступ труби або стрижня 4 і верхні наконечники твелів 1 входять в отвори верхньої решітки по ковзній посадці, при цьому залишається вільна ділянка наконечника, що не увійшла в отвір. Що в сукупності забезпечує працездатність ТВЗ внаслідок теплового розширення й радіаційного зросту твелів. А потім проводиться закріплення верхньої решітки 2 на трубі або стрижні 4 фіксатором 7, який вставляється в отвір, підготовлений або заздалегідь, або він виконується безпосередньо перед фіксацією. Таким чином, виходить готова тепловидільна збірка. У випадку закріплення твелів у верхній решітці відмінність у конструкції корпусу буде в тому, що згадана решітка виконується нерухливою, отже, закріплюється на несучій деталі, а верхня буде забезпечена фіксатором і мати можливість переміщення, а наконечники твелів поміняються місцями. Таким чином, дана тепловидільна збірка, за рахунок пропонованих рішень, дозволяє спростити її конструкцію з підвищенням продуктивності і якості її виготовлення. Джерела інформації: 1. Питання атомної науки й техніки. 2005, № 5, с. 3-9. 2. Патент РФ № 131229 U1, G21C 3/00, 2013. 3. Патент РФ № 2298848 С1, G21C 3/04, 2007 (найближчий аналог). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Тепловидільна збірка ядерного дослідного реактора, яка містить складений корпус, що включає верхню і нижню решітки, розташовані на центральному несучому вузлі у вигляді труби або стрижня з хвостовиком і головкою, і стрижневі тепловидільні елементи, закріплені в решітках корпусу, яка відрізняється тим, що корпус виконаний цільним, у якому одна із решіток забезпечена фіксатором і має можливість переміщення вздовж центрального вузла на відстань, при якій інтервал між решітками більше довжини тепловидільного елемента. 3 UA 110424 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4