Блок паливних елементів, спрямовуючий елемент і застосування спрямовуючого елемента

Реферат: Винахід стосується блока паливних елементів, який має хвостовик, головку (5), певну кількість паливних стрижнів і певну кількість спрямовуючих наконечників (3). Головка має канал і кільцеву канавку (10) у згаданому каналі. Передбачається оболонка (11) для кріплення спрямовуючого наконечника (3) до головки (5). Оболонка має принаймні три пази (12) і принаймні три виступи (13). Кожен виступ (13) має два кінці і розташований між двома пазами (12). Принаймні один з кінців виступу (13) розташований на відстані (d) від відповідного паза (12). Винахід також стосується спрямовуючого елемента (9) для застосування в блоці паливних елементів. UA 107703 C2 (12) UA 107703 C2 UA 107703 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область винаходу Представлений винахід відноситься до блоків паливних елементів для реакторів з водяним охолодженням під тиском згідно з преамбулою пункту 1 формули винаходу. Представлений винахід також відноситься до спрямовуючого елемента згідно з преамбулою пункту 11 формули винаходу і до застосування спрямовуючого елемента в блоці паливних елементів. Рівень техніки Документ US 4631168 описує блок паливних елементів для ядерних реакторів з водяним охолодженням під тиском, який містить ряд довгих паливних елементів або стрижнів і спрямовуючі наконечники, утримувані разом роздільними решітками, розташованими через певні проміжки по довжині блока паливних елементів і прикріплені до спрямовуючих наконечників. Головка і хвостовик трохи виступають зверху і знизу над кінцями паливних стрижнів, і прикріплені до спрямовуючих наконечників. Головка є знімною і має канал, який проходить крізь неї, і кільцеву канавку, сформовану у згаданому каналі. Спрямовуючий елемент містить спрямовуючий наконечник і довгу оболонку, виконану для кріплення спрямовуючого наконечника до головки. Оболонка має пази на своєму верхньому кінці. Кожен паз проходить донизу від верхнього кінця згаданої оболонки, при цьому верхній кінець оболонки має буртики або виступи. Виступи входять в кільцеві канавки, розташовані в каналі головки, коли оболонка перебуває у розширеному заблокованому положенні у згаданому каналі. Кожен виступ має два кінці і проходить між двома пазами. Кожен виступ має круглий профіль. Головка з'єднана знімним чином з блоком паливних елементів. Це необхідно з декількох причин, наприклад, для надання доступу до паливних стрижнів, коли їх необхідно замінити. Блоки паливних елементів поміщаються і виймаються з реактора підніманням їх за головку. Це означає, що кріпильна структура, яка з'єднує головку з спрямовуючими наконечниками, повинна бути досить міцною для утримування ваги блоку паливних елементів. Окрім функції механічного кріплення спрямовуючі наконечники також служать для вміщення поглинальних або керувальних стрижнів, використовуваних для керування ланцюговою реакцією в будь-який момент часу. Ці керувальні стрижні вставляються у спрямовуючий наконечник крізь головку, яка має для цієї цілі канали. Керувальні стрижні вставляються якомога скоріше із зусиллям у спрямовуючий наконечник. Знову, важливо, щоб кріпильна структура була досить міцною для витримування цих зусиль. Документ US 4617171 описує блок паливних елементів, у якому виступ на оболонці спрямовуючого наконечника має різні профілі. Описаний виступ може, наприклад, мати прямокутний профіль (фігура 3) з кріпильною різзю (фігура 4) або біконічний профіль (фігура 5). Усі виступи, описані в попередньому рівні техніки, проходять від пазу до пазу по колу. Короткий опис винаходу Задачею представленого винаходу є покращення кріплення спрямовуючого елемента в головці блоку паливних елементів. Ця задача вирішується спрямовуючим елементом, який визначений на початку заявки і відрізняється тим, що принаймні один кінець виступа розташований на відстані від відповідного пазу. Одним результатом цього нового профілю виступа є те, що спрямовуючий елемент може витримувати більше осьове навантаження перед початком випрямлення виступа. Це підвищує міцність кріплення спрямовуючого наконечника до головки. Перевагою вдосконаленої конструкції є те, що, надаючи можливість циліндричній частині оболонки проходити по принаймні одній стороні виступа, матеріал на цій ділянці повинен перевищувати межу текучості при розтягу перед можливим початком випрямлення виступів. Таким чином, виступ може витримувати більше навантаження. В існуючих структурах виступів, виступи можуть починати випрямлятися перед досяганням межі текучості. Як пояснювалося вище, це покращує безпеку в ядерному реакторі. Вдосконалені виступи можуть використовуватися в існуючих кріпильних структурах без переробки інших деталей у з'єднанні. В попередньому рівні техніки були описані різні профілі виступа для покращення згаданого кріплення. Усі описані виступи проходять від пазу до пазу по периметру. Не надається жодних натяків, що міцність кріплення може покращуватися виступом, який має два кінці, і завдяки чому принаймні один кінець виступа розташований на відстані від відповідного пазу. Представлений винахід додатково відноситься до визначеного на початку спрямовуючого елемента, який відрізняється тим, що принаймні один кінець виступа розташований на відстані від відповідного пазу. 1 UA 107703 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Представлений винахід також відноситься до застосування спрямовуючого елемента в блоці паливних елементів. В одному варіанті виконання винаходу, виступ має ділянку на відповідному кінці, яка має криву форму в поздовжньому і поперечному перерізах виступа. Така кривизна буде додатково покращувати міцність оболонки і підвищувати опір деформації виступа і оболонки. Таким чином, додатково покращується кріплення оболонки в каналі головки. В одному варіанті виконання винаходу, обидва кінці виступа розташовані на відстані від відповідного пазу. В іншому варіанті виконання, один кінець виступа розташований на відстані від відповідного пазу. В іншому варіанті виконання винаходу, виступи виконуються так, що між кожною парою сусідніх пазів присутній один виступ. В одному варіанті виконання винаходу, виступи виконані по колу один за одним. В одному варіанті виконання винаходу, оболонка має товщину, яка видима в радіальному напрямі відносно поздовжнього напряму. Відстань між кінцем виступа і пазом може бути важливою для осьової міцності матеріалу. В одному варіанті виконання винаходу, ця відстань дорівнює або принаймні дорівнює товщині оболонки. В іншому варіанті виконання, ця відстань вдвічі або втричі більша за товщину оболонки або навіть ще більша. Товщина оболонки може також бути важливою для осьової міцності матеріалу. В одному варіанті виконання винаходу, товщина оболонки становить від 0,20 до 0,50 мм. Оболонка може мати декілька пазів. В одному варіанті виконання винаходу, оболонка має 3, 4, 5 або 6 пазів. Профіль виступів може змінюватися. В одному варіанті виконання винаходу, виступ має циліндричний профіль, який видно в поздовжньому перерізі. Короткий опис креслень Представлений винахід буде тепер пояснюватися детальніше за допомогою опису різних варіантів виконання з посиланням на додані до нього креслення. Фігура 1 зображає вид збоку блоку паливних елементів для ядерного реактора з водяним охолодженням під тиском. Фігура 2 зображає вид часткового перерізу кріплення спрямовуючого елемента до головки блоку паливних елементів з Фігурі 1. Фігура 3 зображає вид деталей, зображених на Фігурі 2, в розібраному стані. Детальний опис різних варіантів виконання винаходу Фігура 1 зображає блок 1 паливних елементів для ядерного реактора з водяним охолодженням під тиском. Блок 1 паливних елементів містить ряд довгих паливних стрижнів 2 і спрямовуючих наконечників або спрямовуючих труб 3, утримуваних разом роздільними решітками 4, встановленими на відстані одна від іншої по довжині блоку 1 паливних елементів і прикріпленими до спрямовуючих наконечників 3. Головка 5 і хвостовик 6 виступають трохи зверху і знизу над протилежними кінцями паливних стрижнів 2 і прикріплені до спрямовуючих наконечників 3. Головка 5 має поперечну адаптерну плиту 7, яка має вертикальні бічні стінки 8. В отворі, сформованому бічними стінками 8, розташований традиційний пучок керувальних стрижнів (не зображений), здатний до введення з вертикальним переміщенням у спрямовуючих наконечниках 3. Фігури 2 і 3 зображають частину спрямовуючого елемента 9, присутнього в головці 5. Головка 5 має певну кількість каналів, які проходять крізь її адаптерну плиту 7. В кожному каналі сформована кільцева канавка 10. Спрямовуючий елемент 9 містить спрямовуючий наконечник 3 і довгу оболонку 11, встановлену на верхньому кінці спрямовуючого наконечника 3. Довга оболонка 11 є циліндричною і має пази 12 на своєму верхньому кінці. Пази 12 проходять донизу від верхнього кінця оболонки 11. Виступи 13 розташовані між пазами 12 на відстані d від них. Виступи 13 виходять назовні з циліндричної оболонки 11. Дякуючи відстані d, між кінцем виступа 13 і пазом 12 розташована циліндрична ділянка 14. Блокувальний елемент 15 вводиться в оболонку 11 зверху головки 5. Оболонка 11, встановлена на спрямовуючий наконечник 3, може бути невід'ємною частиною останнього. Оболонка 11 може також бути окремою частиною спрямовуючого наконечника 3, прикріпленою до нього за допомогою будь-якого способу, наприклад пластичною деформацією, як вказано на Фігурі 2. В описаному варіанті виконання, обидва кінці виступа 13, як зазначено вище, розташовані на відстань d від відповідного пазу 12. Можна також розташовувати тільки один кінець виступа 13 на відстань d від відповідного пазу 12. 2 UA 107703 C2 5 10 15 20 25 Як можна частково побачити на Фігурі 3, кожен виступ 13 має торцеву частину. Торцеві частини, які формують або включають відповідний кінець, мають криву форму, видну в радіальному напрямі. Більше того, кожна з торцевих частин має криву форму в поздовжньому і поперечному перерізах виступа. Виступи 13 розташовані так, що між кожною парою сусідніх пазів 12 присутній один виступ 13. Виступи 13 можуть розташовуватися поперемінно так. що між кожною парою сусідніх пазів 12 присутні два виступи 13 або навіть так, що між кожною парою сусідніх пазів 12 розташовані три виступа 13. Окрім того, виступи 13 розташовані по колу один за іншим. Альтернативно, сусідні виступи 13 не розташовані по колу, а на різних відстанях від верхнього кінця оболонки 11. Оболонка 11 має товщину, видну в радіальному напрямі відносно поздовжнього напряму. Товщина оболонки становить від 0,20 до 0,50 мм. Товщина оболонки може становити від 0,25 до 0,40 мм або від 0,30 до 0,35 мм. Альтернативно, товщина оболонки становить від 0,20 до 0,35 мм, від 0,20 до 0,40 мм або від 0,30 до 0,40 мм. Згадана вище відстань d дорівнює або принаймні дорівнює товщині оболонки 11. Відстань d може також бути вдвічі або в більшу кількість раз більшою за товщину оболонки 11. Альтернативно, відстань d втричі більша за товщину оболонки 11. Інакше кажучи, відстань d становить одну - п'ять товщин оболонки 11. Як зазначено вище, оболонка 11 може мати декілька пазів 12. В описаному варіанті виконання, оболонка 11 має чотири пази 12. Альтернативно, оболонка 11 може мати три пази 12 або оболонка 11 може мати п'ять пазів 12 або більше. Виступ 13, принаймні між торцевими частинами, може мати циліндричний профіль, видимий в поздовжньому перерізі. Альтернативно, виступ 13 може мати будь-який придатний виступаючий назовні профіль, такий як прямокутний або біконічний профіль. Представлений винахід не обмежується описаними варіантами виконання, а може змінюватися і модифікуватися в рамках наступної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 55 1. Блок (1) паливних елементів для ядерного реактора з водяним охолодженням під тиском, який містить хвостовик (6), головку (5), певну кількість довгих паливних стрижнів (2), певну кількість розташованих по довжині блока спрямовуючих наконечників (3), які розташовані в поздовжньому напрямі від хвостовика (6) до головки (5), при цьому згадана головка (5) має канал, який проходить крізь неї, і кільцеву канавку (10), сформовану у згаданому каналі, і довгу оболонку (11) для кріплення спрямовуючого наконечника (3) до головки (5), при цьому оболонка (11) має принаймні три пази (12) на своєму верхньому кінці, причому кожен паз (12) проходить донизу від верхнього кінця згаданої оболонки (11), причому верхній кінець оболонки (11) має принаймні три виступи (13), які виконані з можливістю вставляння у згадану кільцеву канавку (10), коли згадана оболонка (11) перебуває у розширеному заблокованому положенні у згаданому каналі, і причому кожен виступ (13) має два кінці і розташований між двома пазами (12), який відрізняється тим, що принаймні один з кінців виступу (13) розташований на відстані (d) від відповідного паза (12). 2. Блок паливних елементів за п. 1, який відрізняється тим, що виступ (13) має ділянку на відповідному кінці, яка має криву форму у своєму поздовжньому і поперечному перерізах. 3. Блок паливних елементів за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що обидва кінці виступу (13) розташовані на відстані (d) від відповідного паза (12). 4. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що виступи розташовані так, що між кожною парою сусідніх пазів (12) присутній один виступ (13). 5. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що виступи (13) розташовані по колу один за іншим. 6. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що оболонка (11) має товщину, видиму в радіальному напрямі відносно поздовжнього напряму, яка принаймні дорівнює відстані (d) між кінцем виступу (13) і пазом (12). 7. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що оболонка (11) має товщину, видиму в радіальному напрямі відносно поздовжнього напряму, яка вдвічі або втричі менша за відстань (d) між кінцем виступу (13) і пазом (12). 8. Блок паливних елементів за п. 6 або п. 7, який відрізняється тим, що оболонка (11) має товщину, видиму в радіальному напрямі відносно повздовжнього напрямку, яка становить від 0,20 до 0,50 мм. 3 UA 107703 C2 9. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-8, який відрізняється тим, що оболонка (11) має 3, 4, 5 або 6 пазів (12). 10. Блок паливних елементів за будь-яким із пп. 1-9, який відрізняється тим, що виступ (13) має в поздовжньому перерізі циліндричний профіль. 4 UA 107703 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5