ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР СО СТЕРЖНЯМИ УПРАВЛЕНИЯ И ОТКЛЮЧЕНИЯ, ВНЕШНИМИ ОТНОСИТЕЛЬНО АКТИВНОЙ ЗОНЫ И ЕЕ ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
NUCLEAR REACTOR WITH CONTROL AND DISCONNECTION RODS OUTER RELATIVE TO ACTIVE ZONE AND ITS SUPPORTING STRUCTURES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к ядерному реактору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В современной практике ядерные реакторы включают в себя активную зону, расположенную в нижней части основного корпуса реактора, погруженную в первичную текучую среду и образованную из топливных элементов, опирающихся на поддерживающую решетку или подвешенных к верхней части. Кроме того, между топливными элементами помещают стержни управления реактором; лишь в быстрых реакторах малого и среднего размера стержни управления расположены на периферии активной зоны внутри самой внутренней коронки отражающих/экранирующих элементов. Как правило, стержни управления заменяются с помощью того же средства замены, которое используется для замены топливных элементов, и, чтобы избежать взаимных помех между упомянутыми средствами, перед заправкой необходимо отсоединить их от их приводного элемента.
В патентной заявке GE2015A000036, с гидравлической конструкцией разделения в виде амфоры, исключены коронки экранирующих элементов, но ничего не сказано о расположении стержней управления и обращении с ними во время операций по заправке, поэтому применяются способы, известные из уровня техники.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Объектом настоящего изобретения является ядерный реактор, который устраняет отмеченные недостатки известных решений и имеет дополнительные преимущества в части конструкции и безопасности.
Поэтому настоящее изобретение относится к ядерному реактору, как определено в пункте 1 прилагаемой формулы изобретения с дополнительными характеристиками и конфигурациями оборудования, определенными в зависимых пунктах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описано в следующем, не ограничивающем варианте осуществления, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 представляет общий схематический вид в продольном разрезе ядерного реактора согласно изобретению;
- фиг. 2 представляет собой схематический вид сверху, который показывает расположение основных компонентов относительно оси реактора с фиг. 1;
- фиг. 3 представляет схематический вид в продольном разрезе части реактора с фиг. 1, включающей в себя первый стержень отключения;
- фиг. 4 и 5 представляют схематические виды в продольном разрезе еще одной части реактора с фиг. 1, включающей в себя второй стержень отключения, показанный в соответствующих рабочих положениях;
- фиг. 6а, 6b, 6с представляют увеличенные детали с фиг. 4 и 5.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с фиг. 1, показывающей, в частности, ядерный реактор 1, охлаждаемый жидким металлом или расплавом солей, ядерный реактор 1 содержит корпус 2 по существу в форме чаши или бассейна, радиально наружную закрепленную закрывающую конструкцию 3 и радиально внутреннюю подвижную закрывающую конструкцию 4, расположенную над корпусом 2 с закрепленной закрывающей конструкцией 3, расположенной радиально снаружи и вокруг подвижной закрывающей конструкции 4. Подвижная закрывающая конструкция 4 представляет собой компонент, состоящий из различных элементов, таких как множество вращающихся втулок, одновременно образующих часть средства переноса топлива и первичных защитных конструкций, известных из уровня техники и поэтому подробно не описанных.
Корпус 2 содержит активную зону 5 и гидравлическую разделительную конструкцию 6, разделяющую горячий коллектор 7 и холодный коллектор 8, в которых циркулирует первичная охлаждающая текучая среда F для охлаждения активной зоны 5. Первичная текучая среда F имеет свободную поверхность, которая при нормальной работе реактора 1 находится на разных уровнях H1, Н2 в коллекторах 7, 8. Внутри корпуса 2 размещены циркуляционные насосы 9 для обеспечения циркуляции первичной текучей среды F, в дополнение к теплообменникам 10, через которые первичная текучая среда F протекает для передачи энергии, вырабатываемой в активной зоне 5, к вторичной текучей среде, и другие компоненты, которые известны и не проиллюстрированы. Следует понимать, что циркуляционные насосы 9 первичной текучей среды F и теплообменники 10 также могут быть расположены вне корпуса 2.
Гидравлическая разделительная конструкция 6 предпочтительно имеет форму амфоры согласно решению, известному из патентной заявки GE2015A0000330, и подвешена к внешней неподвижной закрывающей конструкции 3 корпуса 2.
Подвижная закрывающая конструкция 4 помещена над активной зоной 5 вдоль центральной оси реактора 1, а закрепленная закрывающая конструкция 3 помещена, по отношению к центральной оси реактора 1, радиально внешне к и вокруг подвижной закрывающей конструкции 4, которая поэтому является радиально внутренней относительно радиально внешней закрепленной закрывающей конструкции 3. Другими словами, подвижная закрывающая конструкция 4 и закрепленная закрывающая конструкция 3 являются соответственно радиально внутренней и радиально внешней по отношению к центральной оси реактора 1 и активной зоне 5.
В соответствии также с фиг. 2-5, активная зона 5 содержит множество топливных элементов 11, которые имеют соответствующие действующие участки 12 и соответствующие вспомогательные участки 13; в частности, вспомогательный участок 13 каждого топливного элемента 11 содержит основание 14 и головку 15, расположенные, соответственно, внизу и наверху топливного элемента 11, и соединительный шток 16, соединяющий активную часть 12 и головку 15.
Через головки 15 топливных элементов 11, заключенные в окружности в верхней части 17 разделительной конструкции 6, осуществляется ее механическое соединение с внешней закрепленной закрывающей конструкцией 3. Верхняя часть 17 разделительной конструкции 6 содержит наверху также внутреннюю подвижную закрывающую конструкцию 4.
Реактор отличается наличием трех различных типов стержней 18а управления и стержней 18b, 18с отключения, вставленных в соответствующие проходы 19а, 19b, 19с внешней закрепленной закрывающей конструкции 3, и, следовательно, расположенных снаружи внутренней подвижной закрывающей конструкции 4 и снаружи верхней части 17 разделительной конструкции 6, и повторно входящих ниже в разделительную конструкцию 6 через соответствующие каналы 20а, 20b, 20с, связывающие радиально расширенную нижнюю часть 21 упомянутой разделительной конструкции 6, и проходящих над свободным уровнем Н2 холодного коллектора 8. Стержни 18а управления и стержни 18b, 18с отключения проходят вниз в непосредственной близости от активной зоны 5, при этом соответствующие концевые части 22а, 22b, 22с снабжены соответствующими поглотителями 23а, 23b, 23с.
Стержни 18а выполняют функцию управления реактором посредством вращения с помощью привода вокруг оси А управляющего механизма 30а для приведения соответствующих поглотителей 23а из положения 24, удаленного от действующей части 12 активной зоны 5, в максимально близкое положение 25 через промежуточные положения 26.
Стержни 18b выполняют функцию отключения реактора путем поступательного перемещения вдоль соответствующих осей В для приведения соответствующих поглотителей 23b из более высокого положения на максимальном расстоянии от действующей части 12 активной зоны 5 в положение, обращенное к ней в максимальной близости. Упомянутое поступательное перемещение вдоль соответствующих осей В может быть выполнено с помощью управляющего механизма 30b с перемещением посредством привода или с высвобождением и опусканием под действием силы тяжести по известным технологиям.
Стержни 18с выполняют функцию отключения реактора путем поступательного перемещения вдоль соответствующих осей С, чтобы перевести соответствующие поглотители 23с из нижнего положения 26, в котором они обращены к основанию 14, на максимальном расстоянии от действующей части 12 активной зоны 5, в верхнее положение 27, в котором они обращены к действующей части 12 активной зоны 5 и расположены максимально близко к ней.
Стержни 18с отключения, предназначенные для применения в реакторах с высокой плотностью первичного теплоносителя, снабжены поплавком 28, состоящим из цилиндрического корпуса 29, содержащего внутри газ, и определяющим, по мере изменения уровня H1 в горячем коллекторе 7, положение поглотителя 23с по отношению к действующей части 12 активной зоны 5, в состоянии отсоединения от управляющего механизма 30с.
В соответствии также с фиг. 6а, 6b и 6с, стержень 18с отключения снабжен невозвратным устройством 31, состоящим из множества рычагов 32, которые, под воздействием упругого элемента 33 сцепляются с имеющим пилообразную форму внутренним профилем 34 цилиндрического канала 35, в котором ходит стержень 18с отключения.
Захват 36, известный в данной области техники, являющийся частью управляющего устройства 30с, также известного в данной области техники, может поступательно перемещаться вдоль оси С стержня 18с отключения и, за счет более длинного хода внешней стойки 37 по отношению к внутренней стойке 38 и взаимодействия кулачков 39 и защелок 40 управляющего устройства 30с, входить в зацепление с головкой 41 стержня 18с отключения с возможностью перемещения в направлении вершины последнего.
В соответствии также с фиг. 6с продолжение хода внешней стойки 37 относительно находящейся внутри нее стойки 38 позволяет профилированному концу 42 захвата 36 воздействовать на верхний внутренний профиль 43 рычагов 32, освобождая их от сцепления с пилообразным внутренним профилем 34 цилиндрического канала 35, также обеспечивая контролируемое вертикальное продвижение стержня 18с отключения.
Из вышесказанного очевидны следующие преимущества настоящего изобретения.
Опора стержней 18а управления и стержней 18b и 18с отключения на внешнюю сторону подвижной внутренней закрывающей конструкции 4 и на внешнюю сторону активной зоны 5 гарантирует полную механическую развязку между активной зоной 5 реактора и стержнями 18а управления и стержнями 18b и 18с отключения, и, в частности, тепловые расширения или вздутия топливных элементов в условиях нейтронного облучения не мешают перемещению стержней.
Заправка топлива может выполняться без необходимости разъединения управляющих механизмов 30а, 30b, 30с со стержнями 18а управления и стержнями 18b и 18с отключения, так что имеется возможность перемещать подвижную закрывающую конструкцию 4, которая в традиционных решениях представляет собой опору стержней управления.
Стержни 18а управления и стержни 18b и 18с отключения не занимают места внутри активной зоны 5, которая вследствие этого может быть уменьшена в диаметре.
Отсутствие конструкционного материала стержней управления и стержней отключения внутри активной зоны 5 позволяет уменьшить количество делящегося материала внутри активной зоны.
Отсутствие позиций, предназначенных для стержней управления и отключения внутри активной зоны 5, уменьшает неоднородность активной зоны и связанные с ней градиенты мощности и температуры.
Три системы стержней 18а управления и стержней 18b и 18с отключения разграничены друг от друга.
Система 18с отключения, управляемая поплавком, позволяет отключать активную зону при повышении уровня H1 первичного теплоносителя после замедления работы циркуляционных насосов 9, независимо от причины, и поэтому представляет собой особо надежную и диверсифицированную пассивную систему отключения реактора при наличии снижения расхода первичного теплоносителя.
Система 18с отключения, управляемая поплавком, не может быть деактивирована последующим неконтролируемым ускорением первичных насосов 9 из-за невозвратного устройства 31, которое может быть деактивировано только восстановлением механического соединения между стержнем 18с отключения и его управляющим механизмом 30C.
Наконец, очевидно, что в описываемый и иллюстрируемый здесь реактор могут быть внесены многочисленные модификации и изменения, которые не выходят за пределы объема правовой охраны прилагаемой формулы изобретения.