рихтующее устройство для тепловыделяющих элементов реактора, охлаждаемого водой под давлением

Формула изобретения

1. Рихтующее устройство (6) для тепловыделяющих элементов (1) реактора, охлаждаемого водой под давлением, с вытянутым в продольном направлении рихтующим корпусом (8), боковые поверхности которого образованы боковыми щитками (14), причем размеры образованного боковыми поверхностями поперечного сечения рихтующего корпуса (8) в исходном положении выбраны на заданное номинальное значение меньшими, чем соответствующий размер поперечного сечения эталонного тепловыделяющего элемента, и при этом боковые поверхности имеют возможность смещения из исходного положения перпендикулярно продольному направлению.

2. Рихтующее устройство (6) по п.1, в котором номинальное значение задано равным 16 мм.

3. Рихтующее устройство (6) по п.1, в котором подвижные боковые щитки (14) согласованы с одной или более кулисными направляющими (16), через которые боковые щитки (14) посредством согласованных с ними подвижных болтов (18) закреплены на несущей конструкции, причем кулисные направляющие (16) выполнены таким образом, что они преобразуют перемещение подвижных болтов (18) в продольном направлении в перемещение боковых щитков (14) перпендикулярно продольному направлению.

4. Рихтующее устройство (6) по п.1, в котором на навесной части каждого смещаемого бокового щитка (14) размещены направляющие пазы (19), которые проходят перпендикулярно продольному направлению рихтующего корпуса (8) и в которые входит соответствующий удерживающий болт (17), который закреплен на опорном каркасе.

5. Рихтующее устройство (6) по п.3, в котором подвижные болты (18), которые согласованы с кулисными направляющими (16) боковых щитков (14), связаны друг с другом крепежным приспособлением, которое имеет возможность перемещения из исходного положения относительно боковых щитков (14) в продольном направлении рихтующего устройства (8) с помощью гидравлических или механических средств.

6. Рихтующее устройство (6) по п.5, в котором крепежное приспособление связано с подвижной в продольном направлении головкой (10) рихтующего устройства.

7. Рихтующее устройство (6) по п.6, в котором головка (10) выполнена с размерами, соответствующими головке эталонного тепловыделяющего элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рихтующему устройству для тепловыделяющих элементов реактора, охлаждаемого водой под давлением.

В ядерной установке, в частности в атомной электростанции, обычно для выработки электрической энергии расщепляемый материал подвергается контролируемому ядерному расщеплению. При этом расщепляемый материал содержится в множестве тепловыделяющих стержней, в которых материал, например, в форме так называемых топливных таблеток окружен соответствующими полыми трубками. При этом большое количество таких тепловыделяющих стержней удерживаются обычным образом в тепловыделяющем элементе. Атомная станция имеет множество таких элементов, которые сформированы в продольном направлении, по существу, в прямоугольной или квадратной форме и находятся в активной зоне реактора. При этом тепловыделяющие элементы расположены рядом друг с другом в опорном каркасе, находящемся в активной зоне реактора, причем смежные тепловыделяющие элементы позиционированы на относительно малом расстоянии друг от друга. Для управления ядерной реакцией множество этих тепловыделяющих элементов имеют так называемые управляющие или регулирующие стержни, которые введены в тепловыделяющие элементы через имеющиеся в них направляющие трубки регулирующих стержней. В тех тепловыделяющих элементах, которые не содержат регулирующих стержней, направляющие трубки регулирующих стержней закрыты так называемыми дроссельными элементами. Они необходимы для того, чтобы распределять расход охладителя равномерно по сердечнику реактора.

В процессе эксплуатации ядерного реактора ядерное топливо, содержащееся в тепловыделяющих элементах, расходуется, в результате чего тепловыделяющие элементы время от времени должны заменяться. Для этого отработанные элементы должны перемещаться из активной зоны реактора в резервуар для хранения, а свежие, не израсходованные или лишь частично израсходованные тепловыделяющие элементы из резервуара для хранения должны перемещаться в активную зону реактора. Смена тепловыделяющих элементов происходит, как правило, после рабочего цикла атомной электростанции продолжительностью в несколько, в частности от 12 до 18, месяцев. Для этого атомная электростанция отключается, и с активной зоны реактора снимается давление. Посредством демонтажа крышки напорного резервуара и разборки различных вкладышей активная зона реактора становится доступной сверху. Это происходит при залитом резервуаре реактора, чтобы обеспечить водяную защиту открытой активной зоны реактора.

Для того, чтобы свести до минимума остановку производства вырабатываемой энергии во время смены тепловыделяющих элементов, стремятся к тому, чтобы провести смену тепловыделяющих элементов в максимально короткий интервал времени. Для смены тепловыделяющих элементов, как правило, применяют загрузочное устройство для загрузки тепловыделяющих элементов, которое выполнено в виде подъемного механизма типа крана. Это загрузочное устройство благодаря соответствующей крановой конструкции, которая размещается над резервуаром реактора, перемещается к различным позициям подлежащих замене тепловыделяющих элементов и с помощью соответственно выполненного захвата вытаскивает тепловыделяющий элемент с помощью вертикального перемещения вверх из опорного каркаса для тепловыделяющих элементов или активной зоны реактора. При этом захват выполнен таким образом, что, как правило, можно вытащить и заменить соответственно тепловыделяющий элемент и регулирующий стержень как отдельно, так и вместе друг с другом.

При замене тепловыделяющих элементов в ядерных установках, особенно в случае реакторов, охлаждаемых водой под давлением, возникает проблема, состоящая в том, что такие производственные факторы, как радиоактивное излучение, температура, давление и инертные газы, оказывающие влияние на тепловыделяющие стержни, могут привести к деформации последних. Эта деформация может проявляться, с одной стороны, как изгиб в продольном направлении тепловыделяющих элементов, а с другой стороны, как искажение тепловыделяющих элементов относительно продольной оси, которое имеет форму скручивания.

Эти деформации значительно затрудняют смену тепловыделяющих элементов ввиду того, что соседние тепловыделяющие элементы при смене тепловыделяющего элемента могут прийти в столкновение. Это обусловлено тем, что при вертикальной выемке тепловыделяющего элемента необходимое расстояние между соседними элементами, ввиду их деформации, может не выдерживаться в некоторых местах.

Столкновение тепловыделяющих элементов при смене тепловыделяющего элемента может привести к повреждению отдельных тепловыделяющих элементов. Кроме того, возможно, что, в частности, вставка тепловыделяющего элемента в пустую позицию сердечника реактора ввиду деформации соседних тепловыделяющих элементов не удастся. В этом случае, как правило, пытаются прибегать к итеративной процедуре вставки тепловыделяющего элемента в активную зону реактора путем многократного поворота и бокового смещения загрузочного устройства. Эта процедура ввиду, как правило, многократных попыток вставки тепловыделяющего элемента в активную зону реактора требует больших затрат времени и ввиду обусловленного этим длительного времени простоя производства является весьма затратной.

Поэтому задачей изобретения является создание рихтующего устройства для тепловыделяющих элементов вышеописанного реактора, охлаждаемого водой под давлением, с помощью которого тепловыделяющие элементы можно ориентировать сравнительно просто и быстро.

Эта задача в соответствии с изобретением решается тем, что рихтующее устройство имеет вытянутый в продольном направлении рихтующий корпус, боковые поверхности которого, образованные боковыми щитками, из исходного положения могут смещаться перпендикулярно продольному направлению, причем размеры образованного боковыми поверхностями поперечного сечения рихтующего корпуса в исходном положении выбраны на заданное номинальное значение меньше, чем соответствующий размер эталонного тепловыделяющего элемента.

При этом изобретение исходит из того, что деформированные тепловыделяющие элементы с помощью соответствующего рихтующего устройства должны быть выровнены таким образом, чтобы смена тепловыделяющих элементов и, в частности, вставка тепловыделяющего элемента в пустую позицию активной зоны реактора стала возможной на основе коррекции формы тепловыделяющих элементов за счет рихтующего устройства. Поэтому рихтующее устройство должно позиционироваться в пустом месте опорного каркаса тепловыделяющих элементов, чтобы ориентировать соседние тепловыделяющие элементы для обеспечения ввода нового тепловыделяющего элемента в это пустое место. Для того чтобы рихтующее устройство в случае деформированных соседних тепловыделяющих элементов само могло быть введено в пустую позицию просто и без касания этих элементов, поперечное сечение рихтующего устройства должно быть меньше, чем поперечное сечение соответствующего эталонного тепловыделяющего элемента, чтобы рихтующее устройство при вводе в активную зону реактора из-за деформации соседних тепловыделяющих элементов не столкнулось с ними. За счет ограничения поперечного сечения рихтующего корпуса рихтующего устройства в исходном положении оно может позиционироваться в пустом месте активной зоны реактора. Чтобы, исходя из этого, также можно было корректирующим образом воздействовать на соседние тепловыделяющие элементы, рихтующее устройство снабжено подвижными боковыми щитками. Они могут соответствующим образом корректировать деформации соседних тепловыделяющих элементов на всей их обращенной к рихтующему корпусу поверхности. Для этого, за счет смещения обоих противолежащих боковых щитков из исходного положения в поперечном направлении рихтующего устройства, поперечное сечение рихтующего корпуса изменяется и, в частности, увеличивается для осуществления рихтовки. При этом рихтующее устройство опирается в поперечном направлении с обеих сторон, когда оно заключено между двумя соседними с ним тепловыделяющими элементами, на места касания с ними. Рихтуемые тепловыделяющие элементы, в свою очередь, опираются на соседние тепловыделяющие элементы на стороне, обращенной от рихтующего устройства.

Для того чтобы рихтующее устройство, даже при сравнительно больших деформациях тепловыделяющих элементов, могло быть введено в пустую позицию, упомянутое номинальное значение для рихтующего устройства предпочтительно выбирается равным 16 мм.

Для того чтобы боковой щиток рихтующего корпуса поддерживать подвижным по отношению к рихтующему устройству, боковой щиток предпочтительным образом согласован с рядом кулисных направляющих, посредством которых боковой щиток с помощью соответствующих подвижных болтов закреплен на рихтующем устройстве. Кулисные направляющие предпочтительно выполнены таким образом, что они преобразуют перемещение подвижных болтов в продольном направлении в перемещение боковых щитков перпендикулярно продольному направлению.

Для того чтобы обеспечить смещение бокового щитка точно в направлении, перпендикулярном продольной оси рихтующего устройства и обеспечить достаточную стабильность для крепления бокового щитка на рихтующем устройстве, боковой щиток предпочтительно содержит на навесной детали соответственно некоторое число направляющих пазов, которые проходят перпендикулярно продольному направлению бокового щитка и с которыми входит в зацепление соответствующий подвижный болт, который перемещается и направляется внутри опорного каркаса рихтующего устройства.

Чтобы боковые щитки рихтующего устройства и, в особенности, все боковые щитки совместно в процессе рихтовки тепловыделяющих элементов поддерживать с возможностью перемещения, подвижные болты, которые согласованы с кулисной направляющей, предпочтительно связаны друг с другом через крепежное приспособление, которое может перемещаться гидравлически или механически в продольном направлении рихтующего устройства. При таком выполнении перемещение с целью рихтовки смещаемых боковых щитков управляется посредством перемещения крепежного приспособления.

Для того чтобы процесс рихтовки тепловыделяющих элементов был воспроизводимым и рихтующий корпус рихтующего устройства при вставке или извлечении рихтующего устройства из пустой позиции активной зоны реактора находился в исходном положении, чтобы избежать столкновения с соседними тепловыделяющими элементами, предпочтительным образом предусмотрено устройство индикации для контроля раскрытого положения.

Чтобы крепежное приспособление рихтующего устройства удерживать доступным и, в частности, иметь возможность его перемещения для проведения рихтовки, крепежное приспособление предпочтительным образом связано с подвижной головкой рихтующего устройства. Посредством перемещения головки рихтующего устройства процесс рихтовки может таким образом регулироваться и соответственно осуществляться.

Для того чтобы можно было применять загрузочное устройство для позиционирования рихтующего устройства в активной зоне реактора и процесс рихтовки можно было провести с использованием загрузочного устройства, головка рихтующего устройства предпочтительным образом выполнена с габаритами головки эталонного тепловыделяющего элемента. За счет такого выбора размеров рихтующее устройство для захвата загрузочного устройства является сопоставимым с тепловыделяющими элементами.

Преимущества, обеспечиваемые изобретением, заключаются, в частности, в том, что с помощью вышеописанного рихтующего устройства тепловыделяющие элементы реактора, охлаждаемого водой под давлением, простым и сравнительно оперативным способом могут выравниваться, или соответственно могут корректироваться имеющиеся в них деформации, так что вставка тепловыделяющих элементов в активную зону реактора реализуется сравнительно быстро, так как отсутствуют потери времени на бесполезные попытки вставки тепловыделяющих элементов в активную зону реактора. Тем самым интервал времени, требуемый для смены всех подлежащих замене тепловыделяющих элементов, и обусловленное этим время простоя производственного процесса в течение цикла технического обслуживания атомной электростанции снижаются.

Другое преимущество рихтующего устройства состоит в том, что не требуется определять местоположение деформации подлежащих рихтовке тепловыделяющих элементов, так как тепловыделяющий элемент посредством рихтующего устройства можно выравнивать по всей его длине. За счет многократного повторения раздвигающего движения в исходном положении процесс рихтовки может повторяться любое количество раз, пока тепловыделяющие элементы не выровнятся в достаточной степени. Рихтующее устройство может, в частности, также выполняться с возможностью перемещения его активных компонентов чисто механическим способом, без подведения вспомогательной энергии.

За счет выбора габаритов головки рихтующего устройства подобно головке тепловыделяющего элемента загрузочное устройство для загрузки тепловыделяющих элементов может применяться как для транспортировки, так и для проведения процесса рихтовки, так что в активной зоне реактора или в резервуаре реактора не требуется никакой дополнительной инфраструктуры для работы рихтующего устройства. На основе такого проектирования рихтующее устройство также пригодно, в особенности, для применения в качестве так называемой опорной изоляции тепловыделяющих элементов по типу оправки-вкладыша при временной загрузке пустой позиции в сетке тепловыделяющих элементов. За счет соответствующего выбора размеров поперечного сечения рихтующего устройства и к тому же сил трения между тепловыделяющими элементами и рихтующим устройством при подъеме и опускании обеспечивается необходимое удержание.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг.1 - вид сверху активной зоны реактора, охлаждаемого водой под давлением,

Фиг.2 - продольное сечение рихтующего устройства,

Фиг.3 - фрагмент вида, показанного на фиг.2,

Фиг.4 - рихтующее устройство по фиг.2 в поперечном сечении.

На фиг.1 показан вид сверху активной зоны реактора, охлаждаемого водой под давлением, с тепловыделяющими элементами 1, которые имеют некоторое число тепловыделяющих стержней 2. При этом они, как видно из фиг.1, размещены на сравнительно малом расстоянии друг о друга, причем они по длине установлены в активной зоне реактора.

Для того чтобы тепловыделяющие элементы 1 отрихтовать или скорректировать деформации на их боковых стенках, используется показанное на фиг.2 рихтующее устройство 6 для тепловыделяющих элементов 1. С целью выравнивания тепловыделяющих элементов 1, оно выполнено с такими размерами, которые обеспечивают его размещение в пустой позиции активной зоны реактора, охлаждаемого водой под давлением, в частности, и в том случае, когда соседние тепловыделяющие элементы 1 деформированы. Для этого рихтующее устройство 6 выполнено с таким размерами поперечного сечения, что оно в исходном положении имеет меньшее поперечное сечение, чем тепловыделяющий элемент 1. Как видно из фиг.2, рихтующее устройство по своему внешнему контуру подобно тепловыделяющему элементу 1, при этом оно состоит из рихтующего корпуса 8, а также головки 10 и основы 12, так что оно может быть позиционировано в активной зоне реактора или в опорном корпусе 4 тепловыделяющего элемента. Для того чтобы иметь возможность выровнять тепловыделяющие элементы 1, рихтующий корпус 8 рихтующего устройства 6 вытянут в продольном направлении, причем его боковые поверхности образованы боковыми щитками 14, смещаемыми из исходного положения перпендикулярно продольному направлению и, тем самым, в стороны. Боковые щитки 14 выполнены с такими размерами, что размеры поперечного сечения боковых щитков рихтующего корпуса 8 в исходном положении бокового щитка 14 выбраны на заданное номинальное значение меньше, чем соответствующие размеры тепловыделяющего элемента 1. За счет бокового смещения боковых щитков 14 поперечное сечение рихтующего корпуса 8 имеет возможность контролируемым образом увеличиваться.

Чтобы удерживать с возможностью смещения боковые щитки 14 рихтующего корпуса 8 в процессе рихтования, боковым щиткам, как показано на детальном виде на фиг.3, соответствует некоторое число кулисных направляющих 16, через которые боковые щитки 14 посредством соответствующих подвижных болтов 18 закреплены на рихтующем устройстве 6, причем кулисные направляющие 16 выполнены таким образом, что они преобразуют движение подвижных болтов 18 в продольном направлении в перемещение боковых щитков 14 перпендикулярно продольному направлению. Кулисные направляющие 16 размещены для этого в усиливающих ребрах 20, которые связаны с боковыми щитками 14.

Для того чтобы смещение бокового щитка 14 в процессе рихтовки проходило по возможности прямолинейно в направлении, перпендикулярном продольному направлению рихтующего устройства 6, и боковые щитки 14 закреплялись достаточно стабильно на рихтующем устройстве 6, с каждым смещаемым боковым щитком 14 согласовано некоторое число направляющих пазов 19, которые проходят перпендикулярно продольному направлению рихтующего корпуса 8, и с которыми входит в зацепление соответствующий удерживающий болт 17, который закреплен в соответствующей опорной выемке 22.

Для того чтобы удерживать с возможностью смещения боковые щитки 14 рихтующего устройства 6 и, в частности, также все боковые щитки 14 совместно в процессе рихтования тепловыделяющих элементов 1, все несущие планки для подвижных болтов 18 связаны друг с другом посредством поводка 24, который выполнен с возможностью перемещения из исходного положения по отношению к боковым щиткам 14 в продольном направлении рихтующего устройства 6 с помощью гидравлических или механических средств. При этом преобразование может, в частности, осуществляться тем, что за счет селективного перемещения головки 10 в продольном направлении рихтующего корпуса 8 по типу накачки или подвода прикладываются требуемые выходные силы.

За счет многократного повторения возвратно-поступательного движения (подъема и опускания захвата тепловыделяющего элемента) головки 10, через вал, смещаемый внутри несущей и направляющей втулки, приводится в действие поршневой насос, который связан с центрально размещенным подъемным цилиндром. Подъемный цилиндр, посредством соединительных штанг, перемещает поводки. В крайних положениях подъемного цилиндра находятся исполнительные элементы, с помощью которых направление возвратно-поступательного движения может механически преобразовываться, так что при последующем возвратно-поступательном движении процесс разжатия или рихтовки повторяется.

Для того чтобы иметь возможность применять загрузочное устройство, с помощью которого переставляются тепловыделяющие элементы, для транспортировки и управления процессом рихтовки, выполняемым рихтующим устройством 6, головка 10 выполняется с размерами головки тепловыделяющего элемента 1.

Для того чтобы обеспечить возможность позиционирования рихтующего корпуса 8 и, тем самым, также рихтующего устройства 6 даже в случае сравнительно значительных деформаций тепловыделяющих элементов 1 на пустое место в активной зоне реактора, номинальное значение составляет 16 мм. Для большей наглядности иллюстрации размеров поперечного сечения рихтующего корпуса 8 рихтующее устройство 6 на фиг.4 показано в поперечном сечении. При этом рихтующий корпус 8 показан в исходном положении боковых щитков 14. Пунктиром показана установка в рабочем положении, в котором боковые щитки 14 выдвинуты наружу на заданное номинальное значение для проведения процесса рихтовки так, что образуется требуемое для рихтовки увеличение поперечного сечения.