СБОРКА ВНУТРИРЕАКТОРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ

Полезная модель относится к ядерной энергетике и может быть использована в сборках детекторов системы внутриреакторного контроля, используемых для контроля за состоянием активной зоны ядерных реакторов, преимущественно в водо-водяных и в кипящих реакторах.
Известна сборка детекторов системы внутриреакторного контроля, содержащая продолговатый корпус с фланцем и герметичной проходкой, в котором расположены детекторы нейтронов прямого заряда, снабженные кабелями, и термоэлектрические преобразователи кабельного типа, при этом все кабели пропущены через проходку (патент РФ N 2092916, кл. C21C 17/02, 1997).
Недостатками этого известного устройства являются низкая эксплуатационная надежность и недостаточно высокая точность измерения различных параметров активной зоны. Это связано с тем, что все элементы сборки, находящиеся внутри корпуса, и проходка находятся под постоянным коррозионным воздействием воды, проникающей внутрь корпуса. Отсутствие четкой фиксации в пространстве детекторов нейтронов, в качестве которых используются детекторы прямого заряда, и детекторов температуры, в качестве которых используются термоэлектрические преобразователи кабельного типа, приводит к погрешностям определения потока нейтронов и температуры. Кроме того в процессе эксплуатации сборки возможно изменение первоначального местоположения детекторов, что также приводит к снижению точности измерения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является сборка детекторов системы внутриреакторного контроля, содержащая продолговатый корпус с фланцем и герметичной проходкой в виде полой цилиндрической втулки герметично присоединенной по периметру к продолговатому корпусу, в котором расположены детекторы нейтронов прямого заряда, снабженные кабелями, термоэлектрическими преобразователями кабельного типа и измерителем уровня теплоносителя теплообменного типа, снабженные кабелями, при этом все кабели пропущены через проходку, элементами крепления детекторов, включающими плиту в виде желоба, продолговатую трубку и фиксатор, причем трубка, через которую проходят кабели детекторов, расположена между проходкой и плитой и присоединена к ним скобами, детекторы нейтронов прямого заряда зафиксированы на одной поверхности плиты, их кабели через прорези в плите проходят на противоположную поверхность и закреплены на ней скобами, при этом окончание каждого термоэлектрического преобразователя присоединено к внутренней поверхности корпуса посредством припоя фиксатора, который опирается на прижимную пластину прикрепленной к плите и/или к трубке, холодные спаи термоэлектрических преобразователей размещены в пассивном термостате с установленным в нем термометром сопротивления, корпус выполнен герметичным и его внутренняя полость заполнена инертным газом (патент РФ №2140105 C1, G21C 17/00, 1999).
Недостатками указанной полезной модели являются низкие эксплуатационная надежность и точность измерения параметров активной зоны реактора.
Задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности и повышение точности измерения параметров активной зоны реактора.
Указанный технический результат достигается тем, что сборка внутриреакторных детекторов, предназначенных для контроля параметров активной зоны реактора, содержит продолговатый корпус с фланцем и герметичной проходкой в виде полой цилиндрической втулки герметично присоединенной по периметру к продолговатому корпусу, в котором расположены детекторы нейтронов прямого заряда, снабженные кабелями, термоэлектрическими преобразователями кабельного типа и измерителем уровня теплоносителя теплообменного типа, снабженные кабелями, при этом все кабели пропущены через проходку, элементами крепления детекторов, включающими плиту в виде желоба, продолговатую трубку и фиксатор, причем трубка, через которую проходят кабели детекторов, расположена между проходкой и плитой и присоединена к ним скобами, детекторы нейтронов прямого заряда зафиксированы на одной поверхности плиты, их кабели через прорези в плите проходят на противоположную поверхность и закреплены на ней скобами, при этом окончание каждого термоэлектрического преобразователя присоединено к внутренней поверхности корпуса посредством припоя фиксатора, который опирается на прижимную пластину прикрепленной к плите и/или к трубке, холодные спаи термоэлектрических преобразователей размещены в пассивном термостате с установленным в нем термометром сопротивления, корпус выполнен герметичным и его внутренняя полость заполнена инертным газом, при этом втулка снабжена кольцевым пазом и двумя лысками, расположенными симметрично на наружной поверхности в средней части, в концевых частях цилиндров втулки выполнены отверстия большего диаметра, чем отверстие в основной части втулки, в указанных концевых отверстиях втулки размещены сплошные цилиндры с пазами по периметру в которых размещаются кабели детекторов герметизированные с концевыми цилиндрами посредством пайки, на лысках втулки выполнены диаметрально расположенные по два взаимно перпендикулярных отверстия, одни из которых заглушены сваркой на наружной части лысок втулки проходки после заполнения инертным газом полостей, а другие выходят на торцевые поверхности втулки проходки, прорезь в плите выполнена в виде сквозного продолговатого отверстия в середине плиты, плита в месте установки окончаний термоэлектрических преобразователей выполнена плоской, под термоэлектрический преобразователь около места припайки горячего спая установлен фиксатор, опирающийся на прижимную пластину. Диаметр отверстия втулки, через которое пропускают кабели, предпочтительно выполнять меньше диаметра цилиндра проходки, т.е. меньше внутреннего диаметра цилиндрического выступа, что позволяет обеспечить четкую фиксацию положения цилиндра во втулке за счет образующегося по периметру выступа внутри втулки, на котором размещен торец цилиндра. В сборке продолговатый корпус, в котором фиксируются все детекторы, выполнен герметичным, и его внутренняя полость заполнена инертным газом, предпочтительно гелием. Тем самым в заявленной сборке удается сформировать два барьера на границе перехода из области высокого давления корпуса реактора в область низкого давления. Одним из барьеров служит стенка продолговатого корпуса, в качестве второго барьера в сборке используется проходка, конструкция которой обладает повышенной эксплуатационной надежностью, которая может быть увеличена за счет введения в состав проходки второго цилиндра. Наличие в сборке двух барьеров на границе перехода из области высокого давления в область низкого давления обеспечивает высокую надежность сборки.
Плиту предпочтительно выполнять корытообразной формы, например, в форме полого полуцилиндра, при этом детекторы нейтронов прямого заряда размещают внутри полуцилиндра вдоль образующей его внутренней поверхности. Тем самым обеспечивается размещение детекторов вдоль одной линии, что позволяет повысить точность определения зон, в которых измеряются потоки нейтронов. Детекторы нейтронов прямого заряда фиксируются на внутренней поверхности корытообразной плиты, а их кабели проходят через прорези в плите и фиксируются на ее противоположной поверхности. Такое расположение детекторов и их кабелей позволяет практически полностью устранить взаимное влияние детекторов, поскольку плита, служащая опорным элементом, выполняет одновременно функции экранирующего элемента. Обеспечивается полная экранировка кабелей детекторов, проходящих вдоль коллектора какого-либо детектора за счет поглощения электронов, выходящих за пределы этого коллектора, материалом плиты.
Целесообразно, чтобы продолговатая трубка с расширением была присоединена ко втулке посредством резьбы с шагом 0,75÷4,0 мм. Такое соединение трубки и втулки позволяет с большой точностью 0,1-0,5 мм выставить плиту с установленными на ней детекторами и термоэлектрическими преобразователями. Это существенно повышат точность измерения параметров активной зоны реактора.
Целесообразно, чтобы продолговатая трубка с расширением имела на торце фиксатора усы, загнутые в кольцевой паз втулки проходки. Наличие фиксаторов позволяет зафиксировать трубку в заданном положении.
Целесообразно, чтобы плита была выполнена из материала с высоким сечением поглощения электронов, например из нержавеющей стали или из инконеля, при этом толщина плиты должна составлять 0,4-1 мм. При толщине плиты менее 0,4 мм экранировка недостаточна и начинает сказываться взаимное влияние детекторов, а при толщинах плиты, превышающих 1 мм, существенно увеличиваются габаритные размеры внутренних элементов сборки без дальнейшего увеличения точности измерения потоков нейтронов
Целесообразно, чтобы плита имела корытообразную форму, при этом детекторы нейтронов прямого заряда размещены вдоль образующей нижней зоны внутренней поверхности плиты. Выполнение плиты корытообразной формы обеспечивает компактность размещения и надежность крепления детекторов сборки.
Целесообразно, чтобы фиксатор имел корытообразную форму и его внутренняя полость заполнена припоем, в котором зафиксирован соответствующий детектор температуры. Такое выполнение фиксатора обеспечивает надежность фиксации детектора.
Целесообразно, чтобы в сборку были введены вспомогательные элементы крепления, выполненные в виде скоб, изготовленных из упругого материала, при помощи которых детекторы нейтронов прямого заряда и кабели зафиксированы на поверхностях плиты. Введение вспомогательных элементов крепления и их форма обеспечивает надежную фиксацию. Скобы обеспечивают надежную фиксацию детекторов и кабелей за счет постоянного усилия прижима. В скобах наряду с кабелями детекторов нейтронов прямого заряда размещаются и кабели термоэлектрических преобразователей, используемых в качестве детекторов температуры.
Целесообразно, чтобы внутренние полости продолговатого корпуса были заполнены гелием. Наличие инертного гелия в корпусе обеспечивают эксплуатацию сборки в защитной атмосфере гелия, где отсутствует постоянный контакт сборки с окислительным агентом. Кроме того, вследствие высокой теплопроводности гелия улучшается теплообмен элементов со стенками корпуса.
Целесообразно, чтобы, по крайней мере, одно окончание термоэлектрических преобразователей было зафиксировано на внутренней поверхности корпуса вблизи заглушенного конца.
Целесообразно, чтобы корпус сборки на нижнем конце был выполнен как внутри, так и снаружи в виде продолговатого конуса с глухим отверстием, в котором установлено и припаяно окончание термоэлектрического преобразователя.
Целесообразно, чтобы проходка в месте приварки с верхней частью корпуса была выполнена с толщиной стенки равной толщине стенки корпуса. Равенство толщин свариваемых деталей повышает надежность сварки.
Целесообразно, чтобы верхний цилиндр втулки был выполнен с ввареной трубкой, заглушенной с противоположного конца сваркой. Наличие трубки позволяет заполнить внутреннюю полость втулки инертным газом, что повышает надежность функционирования сборки.
Целесообразно, чтобы в верхней части сборки был электрический соединитель. Наличие соединителя уменьшает габариты сборки и упрощает ее эксплуатацию.
Целесообразно, чтобы чувствительный элемент измерителя уровня был выполнен из нагреваемого кабеля с расположенным между ним и внутренней стенкой продолговатого корпуса окончанием термоэлектрического преобразователя, при этом они спаянны между собой. Такое выполнение чувствительного элемента повышает точность контроля уровня теплоносителя.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию ”новизна”.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, описанием конструкции и примером практической реализации
На фиг. 1 представлен продольный разрез общего вида сборки детекторов.
На фиг. 2 показан фрагмент А в увеличенном масштабе.
На фиг. 3 показан фрагмент поперечного сечения сборки по линии Б-Б.
На фиг. 4 показан фрагмент сборки по стрелке В.
На фиг. 5 показан фрагмент поперечного сечения сборки по линии Г-Г.
На фиг. 6 показано поперечное сечение сборки по линии Д-Д.
На фиг. 7 показано поперечное сечение сборки по линии Е-Е. Сборка внутриреакторных детекторов, предназначенных для контроля параметров активной зоны реактора (фиг. 1), содержит продолговатый корпус 1 с фланцем 2 и герметичной проходкой 3 в виде полой цилиндрической втулки с двумя лысками 4, расположенными симметрично на наружной поверхности в средней части герметично присоединенной по периметру к продолговатому корпусу 5, в котором расположены детекторы нейтронов прямого заряда 6, снабженные кабелями 7, термоэлектрические преобразователи кабельного типа 8 и измерители уровня 9 теплоносителя теплообменного типа, снабженные кабелями 10, при этом все кабели пропущены через проходку 3, элементы крепления детекторов, включающие плиту 11 в виде желоба, продолговатую трубку 12 и фиксатор 13, причем трубка 12, через которую проходят кабели детекторов 7, 11 37, расположена между проходкой 3 и плитой 11 и присоединена к ним скобами 14 (фиг. 3). Детекторы нейтронов прямого заряда 6 зафиксированы на одной поверхности плиты 11, их кабели 10 (фиг. 4) через прорези 15 в плите 11 проходят на противоположную поверхность и закреплены на ней (фиг. 5) скобами 16, при этом окончание каждого термоэлектрического преобразователя 8 присоединено к внутренней поверхности корпуса 5 посредством припоя 17 фиксатора 18, который опирается на прижимную пластину 19 прикрепленной к плите 11 и/или к трубке 12. Холодные спаи термоэлектрических преобразователей 8, 29 размещены в пассивном термостате 35 с установленным в нем термометром сопротивления 36, корпус 5 выполнен герметичным и его внутренняя полость 20 заполнена инертным газом. В концевых частях цилиндров втулки 3 (фиг. 2) выполнены отверстия 21 большего диаметра, чем отверстие 22 в основной части втулки, в указанных концевых отверстиях 21 втулки 3 размещены сплошные цилиндры 23 и 24 с пазами по периметру, в которых размещаются кабели детекторов 7, 11, 37 герметизированные с концевыми цилиндрами 23, 24 посредством пайки. На лысках 4 втулки выполнены диаметрально расположенные по два взаимно перпендикулярных отверстия 38, одни из которых заглушены сваркой 26 на наружной части лысок 4 втулки проходки 3 после заполнения инертным газом полостей 20 и 25, а другие выходят на торцевые поверхности втулки проходки 3, прорезь 15 в плите 11 (фиг. 4) выполнена в виде сквозного продолговатого отверстия в середине плиты 11, плита 11 в месте установки окончания термоэлектрического преобразователя 8 выполнена плоской, под указанное окончание около места припайки горячего спая (фиг. 6) установлен фиксатор 18 опирающийся на прижимную пластину 19. Продолговатая трубка 12 с расширением присоединена ко втулке 27 посредством резьбы 28 с шагом 0,75÷4,0 мм и имеет на торце фиксатора 13 усы загнутые в кольцевой паз втулки проходки. Плита 11 выполнена из материала с высоким сечением поглощения электронов, при этом толщина плиты составляет 0,4-1 мм. Плита 11 может быть выполнена из нержавеющей стали или из инконеля. Плита 11 имеет корытообразную форму, при этом детекторы нейтронов прямого заряда 6 размещены вдоль образующей нижней зоны внутренней поверхности плиты. Фиксатор 18 (фиг. 6) имеет корытообразную форму и его внутренняя полость заполнена припоем, в котором зафиксирован соответствующий детектор температуры 8. В сборку введены вспомогательные элементы крепления (фиг. 1, 3, 5), выполненные в виде скоб 14, 16, изготовленных из упругого материала, при помощи которых детекторы нейтронов прямого заряда 6 и кабели 7, 10 зафиксированы на поверхностях плиты. Внутренние полости 20 и 25 продолговатого корпуса 5 заполнены гелием. По крайней мере одно окончание термоэлектрических преобразователей 8 зафиксировано на внутренней поверхности корпуса 5 вблизи заглушенного конца (горячего спая). Корпус 5 сборки (фиг. 1) на нижнем конце выполнен, как внутри, так и снаружи, в виде продолговатого конуса 28 с глухим отверстием, в котором установлено и припаяно окончание термоэлектрического преобразователя 29. Проходка 3 в месте приварки с верхней частью корпуса 5 выполнена в виде втулки 30 с толщиной стенки равной толщине корпуса 5 (фиг. 2). Цилиндр 23 выполнен с ввареной трубкой 32, заглушенной с противоположного конца сваркой 33. Сборка в верхней части имеет электрический соединитель (разъем) 34. Чувствительный элемент измерителя уровня (фиг. 7) выполнен из нагреваемого кабеля с расположенной между ними окончанием термоэлектрического преобразователя спаянных между собой и внутренней стенкой продолговатого корпуса 5.
В сравнении с известной заявленная сборка внутриреакторных детекторов значительно более высокой эксплуатационной надежностью вследствие наличия двух барьеров на границе перехода из области высокого давления корпуса реактора в область низкого давления, более надежной конструкции герметичной проходки кабелей и обеспечения работы всех соединений, расположенных в корпусе сборки, в условиях отсутствия воздействия на них окислительной среды. Заявленная сборка обеспечивает более высокий уровень безопасности при эксплуатации ядерного реактора. Кроме того, заявленная сборка детекторов, в сравнении с известной, позволяет повысить точность измерения вследствие возможности точного определения положения каждого детектора, расположенного в корпусе сборки, и благодаря строгой фиксации детекторов в заданных положениях на протяжении всего процесса эксплуатации сборки. Точность измерения потока нейтронов при этом увеличилась более чем на 3%, вследствие экранировки кабелей детекторов нейтронов прямого заряда материалом плиты.
Акционерным обществом ”ПОЗИТ” (Московская обл., Пушкинский р-н, пос. Правдинский) были изготовлены опытные образцы сборки детекторов, которые успешно прошли натурные испытания в системах внутриреакторного контроля. Проведенные испытания подтвердили высокую эксплуатационную надежность сборки детекторов (отказов или ухудшения характеристик детекторов не наблюдалось), при этом обеспечивалась повышенная точность измерения всех регистрируемых с использованием детекторов сборки параметров реактора.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная сборка детекторов может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствуют критерию «промышленная применимость».