Устройство перемещения поглощающего регулирующего стержня ядерного реактора

1. Устройство (1) перемещения поглощающего стержня (11) для управления ядерным реактором, предпочтительно реактором на быстрых нейтронах (РБН) с натриевым теплоносителем, содержащее:
- верхнее отделение (2) привода, установленное на закрывающей плите (10) камеры (13) реактора, содержащее приводы (2а, 2b) управления передачи перемещения первой штанге, называемой управляющей штангой (3) стержня,
- причем управляющая штанга (3) стержня своей верхней частью проходит в отделение (2) привода, и своей нижней частью проходит в направляющую гильзу (3а), которая проходит внутри камеры реактора через проем (10а) в закрывающей плите (10) камеры реактора, и
- устройство (4) захвата поглощающего стержня, называемое захватом, прикрепленное к нижнему концу управляющей штанги (3) стержня, причем захват (4) выполнен с возможностью захвата верхнего конца (11а) поглощающего стержня (11), расположенного на продолжении управляющей штанги (3) стержня соосно с ней, отличающееся тем, что содержит:
- уплотненную неподвижную ограничительную камеру (5), выполненную из немагнитного материала, расположенную внутри верхнего отделения, выполненную в форме экрана, содержащего боковую стенку (5а, 5b), являющуюся поверхностью вращения, предпочтительно цилиндрическую, открытого у своего основания (5с) и герметично прикрепленного к закрывающей плите (10) камеры реактора вокруг проема (10а) закрывающей плиты (10), через который проходит направляющая гильза (3а),
- первую систему (6а) синхронного магнитного сцепления для передачи линейного поступательного движения без механического контакта, содержащую:
- первый наружный компонент (6а-1), содержащий блок постоянного магнита или постоянных магнитов, предпочтительно состоящий из чередующихся постоянных магнитов, разделенных мягкими ферромагнитными элементами, причем указанный блок расположен внутри верхнего отделения (2) привода снаружи ограничительной камеры (5) и выполнен с возможностью вертикального поступательного перемещения, и
- первый внутренний компонент (6а-2), содержащий по меньшей мере один мягкий ферромагнитный элемент, расположенный внутри указанной ограничительной камеры (5) и соединенный с верхней частью управляющей штанги (3) стержня, при этом сила магнитного сцепления первого наружного компонента (6а-1) с первым внутренним компонентом (6а-2) такова, что обеспечивает при вертикальном поступательном перемещении первого наружного компонента (6а-1) увлечение первого внутреннего компонента (6а-2) и управляющей штанги (3) в это вертикальное поступательное перемещение,
- причем отделение (2) привода содержит первый механический привод (2а) передачи вертикального поступательного перемещения первому наружному компоненту (6а-1) первой системы (6а) магнитного сцепления.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит:
- верхнее отделение (2) привода, содержащее второй механический привод (2b) передачи вращательного перемещения управляющей штанге (3) стержня вдоль ее продольной оси (XX'); и
- захват (4), выполненный с возможностью привоедения его в действие для захвата или, соответственно, освобождения конца (11а) регулирующего стержня (11) посредством вращения управляющей штанги (3) стержня вдоль ее продольной оси (XX').
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что содержит вторую штангу (7), называемую направляющим валом, вставленную в центральную полость (3-1) верхней части управляющей штанги (3) стержня, предпочтительно на продольной оси боковой стенки (5b), являющейся поверхностью вращения, указанной уплотненной ограничительной камеры, при этом управляющая штанга (3) стержня выполнена с возможностью скольжения относительно направляющего вала (7) при ее приводе в поступательное перемещение с помощью первой системы (6а) магнитного сцепления, направляющий вал заблокирован от вертикального поступательного перемещения и может приводиться во вращение вокруг своей продольной оси (XX'), при этом направляющий вал выполнен с возможностью взаимодействия с центральной полостью (3-1) таким образом, чтобы вращение направляющего вала вокруг его продольной оси (XX') приводило во вращение управляющую штангу (3) стержня вокруг ее продольной оси (XX').
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что содержит вторую систему (6b) синхронного магнитного сцепления для передачи вращения без механического контакта, содержащую:
- второй внутренний компонент (6b-2), содержащий по меньшей мере один мягкий ферромагнитный элемент, расположенный внутри указанной уплотненной ограничительной камеры (5), зафиксированный от вертикального поступательного перемещения, выполненный с возможностью вращательного перемещения вдоль продольной оси (XX') указанной камеры (5) и соединенный с направляющим валом (7), зафиксированным от вертикального поступательного перемещения, и
- второй наружный компонент (6b-1), содержащий блок постоянного магнита или постоянных магнитов, предпочтительно, состоящий из чередующихся постоянных магнитов и мягких ферромагнитных элементов, причем указанный блок расположен внутри верхнего отделения (2) привода снаружи уплотненной ограничительной камеры (5) и выполнен с возможностью вращательного перемещения вдоль продольной оси (XX') боковой стенки (5а), являющейся поверхностью вращения, уплотненной ограничительной камеры, при этом сила магнитного сцепления второго наружного компонента (6b-1) со вторым внутренним компонентом (6b-2) второй системы магнитного сцепления такова, что при вращательном перемещении второго наружного компонента (6b-1) обеспечивает увлечение второго внутреннего компонента (6b-2), направляющего вала (7) и управляющей штанги (3) за этим вращательным перемещением вдоль их общей продольной оси,
- причем верхнее отделение (2) привода содержит второй механический привод (2b) передачи вращательного перемещения второму наружному компоненту (6b-1) вдоль продольной оси (XX') боковой стенки (5а), являющейся поверхностью вращения, уплотненной ограничительной камеры, при этом верхнее отделение (2) привода предпочтительно содержит механический привод передачи вращательного перемещения типа зубчатых передач.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что содержит устройство аварийной остановки реактора, содержащее компонент, называемый магнитным замком (8), содержащий постоянный магнит (8-1), соединенный с электромагнитной катушкой (8-2) внутри верхнего отделения (2) привода снаружи уплотненной ограничительной камеры (5) таким образом, что:
- замок (8) прикреплен к опоре (8а) замка, а отделение (2) привода содержит первый механический привод (2а) управления передачей поступательного перемещения опоре замка;
- электрическая активация (8-2') электромагнитной катушки (8-2) изменяет генерируемое магнитом (8-1) магнитного замка магнитное поле (8-1'), которое замыкается на металлической части (6с) первого наружного компонента (6а-1) первой системы (6а) магнитного сцепления и создает связь посредством магнитного сцепления между замком (8) и первым наружным компонентом (6а-1) первой системы магнитного сцепления, тем самым обеспечивая поступательное перемещение первого наружного компонента (6а-1) за счет перемещения опоры (8а) замка, и
- отсутствие электрической активации электромагнитной катушки восстанавливает магнитное поле (8-1'') магнита магнитного замка, которое уже не направлено к металлической части (6с) первого наружного компонента первой системы магнитного сцепления и тем самым вызывает гравитационное падение первой системы (6а-1, 6а-2) магнитного сцепления, а следовательно, и гравитационное падение поглощающего стержня (11), когда он схвачен захватом (4) на нижнем конце управляющей штанги стержня.
6. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство (9) демпфирования падения, выполненное в виде магнитного демпфера, содержащего первый демпфирующий элемент (9-1), образованный постоянным магнитом, выполненным с возможностью скольжения с перемещением относительно второго демпфирующего элемента (9-2), выполненного из материалов низкого электрического сопротивления, предпочтительно из меди, расположенного ниже первого демпфирующего элемента (9-1), причем перемещение первого демпфирующего элемента (9-1) относительно второго демпфирующего элемента (9-2) происходит, когда устройство (8) автоматической остановки реактора допускает гравитационное падение поглощающего стержня.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что устройство (9) демпфирования падения, выполненное в виде магнитного демпфера, содержит:
- второй демпфирующий элемент (9-2) в виде неподвижной обечайки, расположенной соосно (XX') в нижней части верхнего отделения (2) снаружи камеры (5), и
- первый демпфирующий элемент (9-1), образованный постоянным магнитом, соосно прикрепленным к первому наружному компоненту (6а-1) первой системы (6а) магнитного сцепления, выполненный с возможностью соосного скольжения внутри второго демпфирующего элемента в виде обечайки в кольцевом зазоре между обечайкой и цилиндрической боковой стенкой (5а) камеры, когда устройство (8) автоматической остановки реактора допускает освобождение первого наружного компонента (6а-1) первой системы магнитного сцепления.
8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что захват (4) на нижнем конце управляющей штанги (3) стержня представляет собой захват, содержащий множество пальцев (4а), расположенных во втянутом положении в направлении оси (XX') управляющей штанги стержня и выполненных с возможностью шарнирного поворота или изгиба для отхода под углом от оси управляющей штанги (3) стержня и/или радиального раскрытия обратимым образом под действием осевого вращения управляющей штанги (3) стержня для взаимодействия с верхней частью (11а) поглощающего стержня (11) и ее блокировки для захвата поглощающего стержня.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что захват содержит по меньшей мере две детали (4-1, 4-2), взаимодействующие друг с другом посредством спиральной резьбовой связи, причем:
- первая деталь (4-1) с наружной резьбой прикреплена к концу управляющей штанги стержня, причем указанная первая зафиксированная охватываемая деталь содержит ниже резьбовой части (4-1а) область (4-1b) увеличенного в сечении диаметра, и
- вторая деталь (4-2) с внутренней резьбой выполнена с возможностью поступательного перемещения относительно первой детали с наружной резьбой посредством навинчивания одной части относительно другой,
- вторая деталь (4-2) с внутренней резьбой, содержащая указанные гибкие пальцы, которые радиально расходятся при наезде на область (4-1b) увеличенного диаметра первой детали вследствие поступательного перемещения детали (4-1) с наружной резьбой относительно детали (4-2) с внутренней резьбой посредством относительного винтового движения в результате вращения управляющей штанги стержня, вызывающего вращение первой детали с наружной резьбой относительно второй детали с внутренней резьбой.
10. Устройство по любому из пп. 1-4 или 7-9, отличающееся тем, что первая система (6а) магнитного сцепления для передачи поступательного перемещения содержит:
- первый наружный компонент (6а-1), состоящий из блока постоянных магнитов, расположенных соосно с боковой стенкой, являющейся поверхностью вращения, в виде стопки колец (6с) постоянных магнитов, предпочтительно из сплава неодим-железо-бор, разделенных кольцами из мягкого железа, и
- первый внутренний компонент (6а-2), расположенный соосно с боковой стенкой камеры (5) и состоящий по меньшей мере из одной стопки колец из мягкого железа, закрепленной на верхней части управляющей штанги (3) стержня.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что первый наружный компонент и первый внутренний компонент каждый содержат чередующиеся постоянные магниты, разделенные мягкими ферромагнитными элементами.
12. Устройство по любому из пп. 1-4, 7-9 или 11, отличающееся тем, что вторая система (6b) магнитного сцепления для передачи вращательного движения содержит:
- второй наружный компонент (6b-1), состоящий из кольцевого блока постоянных магнитов, расположенного соосно с являющейся поверхностью вращения боковой стенкой (5b) камеры, предпочтительно из сплава редкоземельных металлов неодим-железо-бор, и
- второй внутренний компонент (6b-2), состоящий по меньшей мере из одного элемента из мягкого железа, прикрепленного к верхней части (7-1) направляющего вала (7) и расположенного соосно с боковой стенкой, являющейся поверхностью вращения, камеры.
13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что вторая система (6b) магнитного сцепления для передачи вращательного движения содержит:
- второй наружный компонент (6b-1), состоящий из набора постоянных магнитов, разделенных элементами из мягкого железа, расположенных рядом друг с другом на одинаковом радиальном расстоянии от являющейся поверхностью вращения боковой стенки (5b) камеры, причем контур каждого элемента (6d-1) имеет форму дуги окружности, при этом предпочтительно, чтобы дуги окружностей были одинаковы, и
- второй внутренний компонент (6b-2), состоящий из набора элементов из мягкого железа, расположенных рядом друг с другом на одинаковом радиальном расстоянии от продольной оси (XX') верхней части (7-1) направляющего вала (7), причем контур каждого элемента (6d-2) имеет форму дуги окружности, при этом предпочтительно, чтобы дуги окружностей были одинаковы.
14. Способ перемещения поглощающего стержня, используемого для регулирования нейтронного потока, выделяемого топливными сборками (14) ядерного реактора, предпочтительно типа реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (РБН-Na), посредством поступательного перемещения поглощающего стержня (11) относительно его корпуса (12), расположенного между топливными стержнями (14), с помощью устройства перемещения по любому из пп. 1-13.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что реактор автоматически останавливают посредством свободного гравитационного падения управляющей штанги стержня и поглощающего стержня, прикрепленного к ней с помощью захвата, путем прерывания электрического питания магнитного замка (8) в соответствии с п. 5 и предпочтительно с помощью демпферного устройства (9) в соответствии с п. 6 или 7.