Ядерний реактор

Ядерный реактор гетерогенного типа, снаб женный системой управления и защиты, содержа щий в активной зоне вертикальные трубчатые тех нологические каналы, омываемые изнутри тепло носителем, в которых размещены тепловыделяю щие элементы, опирающиеся на горизонтальные вра щающиеся пли ты, отличающий ся тем , что имеет хранилище сборок тепловыделяющи х эле ментов, расположенное ниже активной зоны, сос Предлагаемое изобретение относится к области конструирования ядерных гетерогенных реакторов, содержащих вертикально расположенные стержневые тепловыделяющие элементы (ТВЭ) В известных ядерных гетерогенных реакторах, содержащи х вертикально расположенные ТВЭ, все эти ТВЭ прочно раскреплены в технологических каналах и удаление каждого ТВЭ сопряжено с длительными и трудоемкими операциями по демонтажу герметичного корпуса реактора, либо с применением разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) в случае ядерного реактора большой мощности канального (РБМК), например типа РБМК-1 0 О0 [1 ] Известно устройство аварийного охлаждения ядерного реактора, содержащего топливо в виде шаро вы х тепловыделяющи х элементо в (ТВЭ), плавающих в теплоносителе При необходимости, в аварийной ситуации, открывают отсеч* тоящее из труб-каналов, соосных технологическим каналам, размещенных по высоте поэшелочно окруженных неитронопоглощаюцим веществом составляющих единый герметичный объем с тех нологическими каналами и эги трубы-каналы количество которых меньше количества технологических каналов имеют внутренний диаметр боль ше внутреннего диаметра технологического канала а сборки тепловыделяющих элементов предназначенные для удаления в хранилище и размещенные в технологических каналах над трубамиканалами, опираются своими нижними концами на общие плиты, расположенные горизонтально и имеющие о тверстия двуу типо в - диаметром меньше наружного диаметра сборки тепловыде ляющего элемента и диаметром больше наружного диаметра сборки тепловыделяющего элемента и все эти трубы-каналы имеют в своей нижнєtчасти тр убопроводы для подачи теплоюсптепя под рабочим давлением, а общие горизонтальные плиты размещенные в горизонтальных коллекторах, объединяющих в единый герметичный объем технологические каналы и трубы-каналы хранилища, имеют приводы для перемещения их в горизонтальной плоскости ной клапан, расположенный в нижней части активной зоны, и шаровые ТВЭ вместе с теплоносителем под действием силы тяжести перемещаются в ниже расположенную сливную емкость для расхолаживания [2] Данное техническое решение может быть использовано в ядерных реакторах, содержащих топливо только в виде шаровых ТВЭ, плавающи х в теплоносителе Известно устройство для отбора на исследование отдельных топливных элементов шаровой формы из активной зоны реактора гетерогенного типа снабженного системой управления и защиты Это устройство содержит вертикальный трубчатый канал, являющийся частью активной зоны, омываемой изнутри теплоносителем и содержащий топливные элементы, опирающиеся на горизонтальную плиту В нижней части канала размещена горизонтальная плита с приводом вра* ідения в горизонтальной плоскости и ось вра ще см см со 32421 ния плиты совпадает с осью вертикального канала Горизонтальная плита имеет одно отверстие с краю и в нижнюю часть отверстия плиты вставлена изогнутая тр убка с вн утренним диаметром больше диаметра шарового ТВЭ, а нижний конец изогнутой трубки помещен в трубчатую опору, ось которой совпадает с осью вертикального канала При совмещении оси отверстия в горизонтальной плите с осью шарового ТВЭ, при вра щении горизонтальной плиты, шаровый ТВЭ под действием собственного веса опускается через изогнутую тр убку в трубчатую опору, откуда берется на исследование \3] Вышеописанное устройство, выбранное в качестве прототипа, предназначено только для отбора из активной зоны отдельных ТВЭ шаровой формы. Это устройство не может быть использовано в реакторах, содержащих стержневые вертикально расположенные ТВЭ для целей удаления этих стержневых ТВЭ из активной зоны, поскольку стержневые ТВЭ не могут пройти через изогнутую трубку, а также по причине сложности установки в нижней части технологических каналов, где размещаются стержневые ТВЭ. горизонтальных плит с индивидуальным приводом Горизонтальные плиты с индивидуальным приводом занимают много места и разместить большое количество их в нижней части активной зоны реактора не представляется возможным В основу изобретения поставлена задача: в ядерных гетерогенных реакторах, содержащих в активной зоне вертикально расположенные технологические каналы, в которых размещены тепловыделяющие элементы стержневой формы путем установки ниже активной зоны труб-каналов, соосных с технологическими каналами, которые расположены по высоте поэшелонно, обеспечить перевод реактора в подкритическое состояние, при несрабатывании штатной системы управления и защиты (СУЗ), в течение нескольких секунд путем перемещения под собственным весом ТВЭ из активной зоны в тр убы-каналы, которые окружены нейтронопоглощающим веществом и в которых циркулирует охлаждающий теплоноситель Таким образом ниже активной зоны реактора размещено хранилище перемещенных вниз ТВЭ Необходимое количество труб-каналов *i, соответственно, количество удаляемых ТВЭ определяется по расчету, в котором за основу берется задача уменьшения средней плотности нейтронного поля до величины, гарантирующей исчезновение самоподдерживающейся реакции. При этом следует учи тывать, что при уменьшении количества топлива в активной зоне средняя плотность нейтронного поля уменьшается более интенсивно, чем при введении в действие штатной СУЗ. Перемещенные в хранилище ТВЭ со храняют свою работоспособность и могут быть использованы на своих штатных местах после устранения аварийной ситуации в ядерном реакторе Поэшелонное, по высоте, размещение труб-каналов исключит возникновение критичности в хранилище, поскольку расстояние между размещенными там ТВЭ будет в несколько раз больше расстояния между ТВЭ в активной зоне. Это зависит от количества эшелонов. При применении предлагаемого изобретения техническим результатом будет возможность быстрого удаления из активной зоны реактора, содержащего в вертикальных технологических каналах стержневые ТВЭ, части этих ТВЭ, перемещаемых под собственным весом в хранилище, размещенное ниже активной зоны и заполненное нейтронопоглощэющим ве ществом Это при веде т к очень быстрому заглушению ядерной реакции в активной зоне реактора. Данное изобретение предусматривает использование хранилища из труб-каналов ниже активной зоны в двух основных типах гетерогенных реакторов в реакторах с герметичным корпусом, в котором размещены те хноло гические каналы с ТВЭ совместно с традиционной СУЗ [4] и в реакторах канальных типа РБМК-1000 [1J, также имеющих СУЗ В реакторах с герметичным корпусом [41 корпус должен быть удлинен по высоте на величину, достаточн ую для размещения поэшелонно удаляемых ТВЭ и размещения необходимых трубопроводов для подачи охлаждающего теплоносителя При этом ТВЭ, предназначенные для удаления в трубы-каналы, опираются своей нижней частью на подвижные плиты, совершающие движение в горизонтальной плоскости Ме ханизм привода находится вне герметичного корпуса реактора и поступательное движение в горизонтальной плоскости передается подвижным плитам посредством вала или штока через сальник Подвижные плиты имеют ряд отверстий. Для реактора канального типа РБМК-1000 [1] стержневые ТВЭ, предназначенные для удаления в тр убы-каналы, опираются на подвижные плиты, имеющие возможность горизонтального перемещения, и эти плиты размещены в трубчатых барабанах-коллекторах, объединяющих те хнологические каналы с труба ми-каналам и в единый объем В качестве примера конкретного исполнения описываемого изобретения предложен вариант создания атомного реактора с устройством хранилища для перемещенных в него ТВЭ, а также устройством для сбрасывания ТВЭ, на базе реактора РБМК-1000 [1], изображенного на прилагаемых чертежах. Фиг. 1 - общий вид реактора с хранилищем в разрезе; фиг. 2 - сечение по А-А также в разрезе, повернутое на 90°; фиг. 3 - сечение по Б-Б в районе первого эшелона хранилища, фиг. 4 - сечение по В-В в районе барабана-коллектора и труб-каналов, расположенных на уровне трех эшелонов, фиг 5 - поперечное сечение по Г-Г в районе барабана-коллектора; фиг 6 - сечение по Д-Д вдоль барабана-коллектора; фиг. 7 - узел горизонтального привода подвижной плиты от падающего груза, фи г 8 - узел соединения механического привода опорной подвижной плиты со штоком Противоаварийная защита ядерного реактора, содержащего активную зону 1, противорадиационную и тепловую защиту 2 имеет барабаныкоплекторы 3. к которым герметично подсоединены технологические каналы 4 и трубы-каналы 5. Трубы-каналы 5 находятся в окружении нейтронологлощзющего ве щества 6. Сборки ТВЭ 7, содер 32421 жащие кольцевое опорное устройство 8, опираются на опорную подвижную плиту 9, размещенную в барабане-коллекторе 3 Опорная подвижная плита 9 двигается под воздействием привода 10 в направляющих 11, закрепленных внутри барабанаколлектора 3 Шток 12. проходящий через сальник 13, передает усилие от механического привода 10. На чертежах показан вариант привода, дублирующего механический (гидравлический, пневматический и т.д) привод 10. В качестве такого дублир ующе го привода предлагается падающий груз 14, воздействующий на шток 12 посредством трособлочной системы Канат 15, переброшенный через шкив 16, сочленен при помощи коромысла 17 со штоком 12 посредством шайбы 18, закрепленной на штоке 12. При этом шайба 18 не соединена с коромыслом 17. Коромысла 17 соединены между собой при помощи канатов 15. Груз 14 свободно уложен на платформу 19, опирающуюся на ось 20, которая смещена в сторону от центра тяжести гр уза 14 От перевора чи вания платформ у 19 удерживает рычаг 21, закрепленный на поворотной оси 22, которую можно развернуть при помощи привода 23. Воздействие на привод 23 - вручн ую, пиропатроном, механизмом от электро- ипи гидропривода и т.д Гр уз 14 падает в ша хту 24 и тянет за собой шток 12. Дублир ующий привод может быть задействован при отказе основного привода 10. Трубы-каналы 5 переменного сечения содержат в нижней, уменьшенного диаметра, части пружину 25 и патрубок 26 подвода теплоносителя от насосов. Привод 10 содержит пустотелую тягу 27, которая воздействует, при включении привода 10, на концевую шайбу 28, закрепленную на штоке 12, что приводит к перемещению опорной подвижной плиты 9 и совмещению большого отверстия в плите 9 с осью сборки ТВЭ 7. Поперек пустотелой тяги 27 установлена клиновая планка 29, которую можно удалить дис танционно при помощи любого известного приво да. Это необходимо в случае воздействия груза 14 посредством канатов 15 и коромысла 17 на шток 12. При этом конец штока 12 с концевой шайбой 28 свободно входит в полость тяги 27 на величину її , а после удаления клиновой планки 29 на вели чину Ь, что обеспечивает независимость воздейст вия на штангу 12 обоих приводов - 10 и падающе v го груза. В аварийной ситуации, т е. при необходимости удаления в хранилище сборок ТВЭ, буде т задействован привод 10, и при его несрабатывании -падающий гр уз 14. Опорная подвижная плита 9 размещена в направляющих 11 барабана-коллектора 3, соединяющего в один герметичный объем технологические каналы 4 с трубами-каналами 5. Эта подвижная плита 9 имеет ряд отверстий: диаметром меньшим, чем диаметр сборки ТВЭ и большим диаметром, чем диаметр сборки ТВЭ 7. Барабанколлектор 3 находится под рабочим давлением теплоносителя и используется для подвода этого теплоносителя ко всему ряду технологических каналов 4. Сборка ТВЭ известной конструкции имеет с своей нижней части кольцевое опорное устройство типа шайбы. Весь вес сборки ТВЭ 7 передается посредством этой шайбы (кольцевого опорного устройства) 8 на опорную подвижную плиту 9 При со вме щении оси меньшего о тверстия с осью те хнологического канала 4 теплоноситель проходит снизу ввер х и омывает сборку ТВЭ 7. При совмещении оси отверстия большего диаметра в подвижной плите 9 с осью технологического канала 4 сборка ТВЭ 7 под действием собственного веса переместится вниз в трубу-канал 5. Поскольку вес сборки ТВЭ 7 передается на подвижную плиту 9 - между вер хней запорной пробкой технологического канала 4 и верхней частью сборки ТВЭ 7 устанавливается эластичный элемент (возможно пружина) для облегчения подгонки по высоте сборки ТВЭ 7 при ее установке в технологическом канале 4, а также устранения вибрации сборки ТВЭ 7. Трубы-каналы 5 своей верхней частью крепятся к нижней части барабана-коллектора 3 соосно технологическим каналам 4 и простираются вертикально вниз на расчетную глубину поэшелонно по высоте. Таким образом, расстояние меж- ду оп ущенными в хранилище сборками ТВЭ 7 будет несколько шагов (где шаг - расстояние между технологическими каналами 4 в активной зоне). Расчетная глубина хранилища определится на основании свойств нейтронопоглощающего вещества, окружающего трубы-каналы 5. После срабатывания какого-либо привода горизонтального перемещения опорной подвижной плиты 9, последняя устанавливается в положение, когда оси ее отверстий большего диаметра попеременно совмещаются с осями технологических каналов 4. При этом кольцевое опорное устройство 8 сборки ТВЭ 7 лишается опоры и под действием силы тяжести сборка ТВЭ 7 падает вниз в трубу-канал 5 хранилища. Как уже отмечалось ранее, для снижения критичности, которая может возникнуть при одновременном прохождении сборок ТВЭ 7 одного ряда в районе барабана-коллектора 3, большие отверстия в опорной подвижной плите 9 размещены от малых отверстий на двух расстояниях - її и \г (см фиг. 6, лист 3) Поэтому привод 10 имеет две позиции перемещений тяги 27 на величину d и затем на 12, что обеспечит сначала удаление одной половины ряда сборок ТВЭ 7, а затем удаление другой половины. Точно также действуе т привод от груза 14. т.е. падающий груз через трособлочную систему и посредством коромысла 17, воздействующего на шайбу 18, закрепленную на штоке 12, перемещает концевую шайбу 28 до клиновой планки 29 и после ее выемки на величину \г Т.е. со храняется последовательность сброса сборок ТВЭ 7 и при этом не будет возникать критичность при их прохождении через барабан-коллектор 3. При несоблюдении такой последовательности возможно возникновение критичности, поскольку в районе барабана-коллектора отсутствует замедлитель нейтронов - блоки графита. 32421 Фиг. 1 Фиг. 2 6-5 Фиг. 3 32421 л-а Фиг. 32421 л-д /S /5 /7 Фиг. 7 iff 28 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (031 22 )3- 72- 89 (0 312 2) 2-5 7-0 3 б