SK279650B6 - Rozoberateľný jadrový palivový článok - Google Patents

Description

Vynález sa týka jadrového palivového článku reaktora, chladeného a tlmeného ľahkou vodou, ktorý pozostáva z nosnej kostry s dvoma nadstavcami, spojenými vodiacimi rúrkami, a z mreží, rozdelených pozdĺž zostavy. Každá mreža má tri súpravy doštičiek navzájom sa krížiacich, ktoré vymedzujú priečne bunky, pričom jednými bunkami prechádzajú vodiace rúrky a druhými palivové tyče. Doštičky sú vybavené prostriedkami na zovretie tyčí, ktoré udržujú tieto tyče v okách pravidelnej trojuholníkovej siete a sú pripevnené aspoň k niektorým vodiacim rúrkam.

Doterajší stav techniky

Doteraz sú známe také palivové tyče, ktoré majú aspoň jednu koncovú mrežu z materiálu, udržujúceho svoje mechanické vlastnosti pri ožiarení a táto mreža prispieva k vertikálnemu držaniu tyčí, zatiaľ čo stredové mreže sú zo zliatiny na báze zirkónu, (ktorého neutrónová absorpcia je omnoho menšia než pri koncových mrežiach) a sú vybavené takými prostriedkami, ako sú výstupky a pružiny vyrezané v doštičkách, vyvíjajúce na tyče silu priečneho držania a podpory, ktorá sa môže znižovať v priebehu žiarenia.

Vynález si hlavne kladie za cieľ riešenie palivového článku, ktorého horný nadstavec je skonštruovaný tak, že prenáša silu pôsobiacu proti otočeniu, ktorú vyvíja horná doska jadra a umožňuje rôznu dilatáciu medzi zostavami a medzi článkom a konštrukciou reaktora a umožňuje výstup vody smerom k prechodom, vytvoreným v hornej doske jadra medzi oporami horných nadstavcov.

Podstata vynálezu

Tejto požiadavke vyhovuje hlavne palivový článok podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že horný nadstavec obsahuje tiež spodnú časť, na ktorú je posuvne pripevnená horná časť, vybavenú prechodovým zvonom zo šesťuholníkového prierezu do valcovitého kusu, vybaveného prvou adaptačnou doskou, rozoberateľné spojenou len s niektorými z prvých vodiacich rúrok, pričom rúrkovité rozpery vymedzujú vzájomný rozstup medzi prvou adaptačnou doskou a udržiavacou doskou, spojenými s druhými vodiacimi rúrkami a pružinami, uloženými medzi týmito doskami.

Vodiace rúrky umiestnené oproti rozperám môžu byť jednoducho o tieto rozpery opreté, zatiaľ čo ostatné vodiace rúrky, ďaleko početnejšie, sú rozoberateľné spojené s adaptačnou doskou. Otvory v zvone môžu mať tvar približne polkruhový a každý z nich sa môže otvárať na väčšej časti šesťuholníkovej plochy. Vodiace rúrky sú napríklad pripevnené k spodnému nadstavcu pomocou skrutky, zablokovanej proti otáčaniu po zovretí na koncových objímkach vodiacich rúrok. Skrutky a zátky môžu byť vybavené vodiacim otvorom na umožnenie chladenia tyčí ovládacieho zväzku alebo zmeny spektra, keď sú tieto tyče vložené do článku.

Vynález bude lepšie pochopený z opisu príkladu uskutočnenia podľa vynálezu, ku ktorému sa tiež vzťahujú pripojené výkresy.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je schematicky znázornený princíp zdvíhania článku, zobrazujúci jedinú palivovú tyč a jedinú vodiacu rúrku, na obr. 2 je detailný pohľad vo veľkom meradle, zobrazujúci hornú časť článku. Ide o rez osovou rovinou. Obr. 3 je detailný pohľad vo vyzdvihnutej polohe, ukazujúci spôsob upevnenia väčšej časti vodiacich rúrok k hornému a spodnému nadstavcu, ako aj časť spodnej koncovej mreži. Obr. 4 je pohľad odspodu na časť jednej z mreží článku z obr. 1, obr. 5A, 5B a 5C schematicky ukazujú niekoľko možných spôsobov spojenia medzi vnútornými doštičkami mreže. Obr. 6 je pohľad odspodu na časť z obr. 4, ukazujúci spôsob uskutočnenia mreží, ktorý umožňuje pripustiť vodiace rúrky s priemerom o niečo väčším, než je priemer palivových tyčí. Obr. 7 je pohľad zospodu a obr. 8 rez podľa línie VIII-VIII z obr. 7, a ukazujú možnú konštrukciu elastických prostriedkov priečneho držania a podpory v koncovej mreži, obr. 9 je podobný obr. 8 a je to rez podľa línie IX-IX z obr. 6. Obr. 10 je detailný pohľad, ukazujúci časť doštičky, ku ktorej prilieha fixačný jazýček na vodiacej rúrke. Obr. 11 je pohľad zospodu vo veľkom rozsahu na časť mreže, ukazuje zakrivenie vnútorných doštičiek pri ich spojení s pásom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Palivový článok 10, nakreslený na obr. 1 pozostáva z kostry, ktorá má horný nadstavec 12 a spodný nadstavec 14 spojené vodiacimi rúrkami 16 a majúce mreže 20 a 22 pravidelne rozmiestnené pozdĺž vodiacich rúrok 16. Mreže 20, 22 vymedzujú bunky rozvrhnuté do ôk pravidelnej siete z ktorých niektorými prechádzajú vodiace rúrky 16 alebo pomocná stredová rúrka (nezobrazená) a ostanými prechádzajú palivové tyče 24. Tieto tyče môžu spočívať na spodnom nadstavci 14. Sú axiálne držané a udržiavané v okách siete mrežami 20, 22, ako bude ukázané ďalej. Mreže 20, 22 sú samé pripevnené aspoň k niektorým vodiacim rúrkam 16.

Pri funkcii reaktora je spodný nadstavec 14 položený na nosnú dosku 26 jadra, perforovanú vstupnými prechodmi chladivá do článkov. Horný nadstavec 12 prijíma tlak hornej dosky 28 jadra, perforovanej vstupnými otvormi 30 chladivá medzi nadstavcami.

Najskôr bude opísaný príklad uskutočnenia, nakreslený na obr. 2 a 3, jedna vhodná konštrukcia horného nadstavca 12 a vhodný spôsob rozoberateľného spojenia tohto nadstavca, umožňujúci vyzdvihnúť ho a znovu dať na miesto, napríklad na výmenu tyčí 24.

Nadstavec 12 obsahuje dve časti, ktoré sa môžu vertikálne posúvať jedna vzhľadom na druhú a udržiavacie prostriedky, určené na obmedzenie vzájomného rozstupu týchto dvoch súčastí a na prenášanie tlaku hornej dosky 28 jadra z jednej časti na druhú.

Spodná časť je tá, ktorá je pripevnená k vodiacim rúrkam 16. Je tvorená prvou adaptačnou doskou 32 v tvare kotúča, pripevneného k hornej valcovitej časti prechodového zvona 34. Spodná časť zvona 34 je pripevnená k opornej doske 36 šesťuholníkového prierezu, vybavenej prechodnými otvormi vodiacich rúrok 16 a otvormi na prechod chladivá. Oporná doska 36 je na vzdialenosť palivových tyčí 24 dostačujúca na umožnenie predĺženia týchto koncov (obr. 1) a tvorí doraz obmedzujúci zdvih tyčí 24.

SK 279650 Β6

Zvon 34 je napríklad z plechu, z nehrdzavejúcej ocele, privareného k doskám 32 a 36. Široké výrezy 38 v každej prednej strane umožňujú výstup chladivá do medzery nachádzajúcej sa medzi hornými nadstavcami 12.

Horná časť je uložená posuvne na valcovej stene tvorenej obvodom prvej adaptačnej dosky 32 a hornej časti zvona 34. Obsahuje valcový plášť 40, v ktorom je priečne privarená udržiavacia doska 42, vybavená vo svojom strede nátrubkom na prechod chladivá.

Udržiavacie prostriedky pozostávajú z niekoľkých súborov rozperných pružín, napríklad s počtom tri. Každý súbor obsahuje rúrkovitú rozperu 44 spojenú s vodiacou rúrkou 16 a aspoň jednu skrutkovitú pružinu 46 obklopujúcu rozperu 44 a stlačenú medzi doskami 32 a 42. V príklade uskutočnenia, nakreslenom na obr. 2, obsahuje každý súbor dve pružiny 46 s odlišným polomerom, uložené navzájom sústredne.

Každá rúrkovitá rozpera 44 je ukončená prírubou pripevnenou k adaptačnej doske 32. V hornej časti rozpery 44 je vyrezaný závit na maticu 48, ktorou sa nastaví maximálne rozpätie medzi doskami 32 a 42, a teda aj predopnutie pružín 46. Stredový otvor rozpery 44 má ten istý priemer ako vodiace rúrky 16 na umožnenie vsunutia tyčí 24 ovládacieho strapca alebo zmeny spektra do vodiacich rúrok 16 spojených s rúrkovitou rozperou 44.

Vodiace rúrky 16 uložené v spojení s rozperami 44 sú jednoducho opreté o prírubu týchto rozpier. Ostatné vodiace rúrky 16 sú každá pripevnená na prvú adaptačnú dosku 32 rozoberateľnými spojovacími prostriedkami. V príklade uskutočnenia, nakreslenom na obr. 3, tieto prostriedky obsahujú objímky 50 s vyrezaným závitom s takým vnútorným priemerom, ktorý umožní prechod tyčí 24 povelového strapca alebo zmeny spektra Tieto objímky 50 sa zaskrutkujú do puzdier 52 so závitom, privarených na konce vodiacich rúrok 16. Hneď ako sú objímky 50 so závitom zaskrutkované, sú blokované proti pootočeniu deformáciou tenkého plášťa, ktorým sú vybavené. K tejto deformácii dochádza v matriciach vytvorených v prvej adaptačnej doske 32.

Všetky vodiace rúrky 16 sú pripevnené rovnakým spôsobom k spodnému nadstavcu 14. Tento spodný nadstavec 14, vyrobený spravidla z nehrdzavejúcej ocele, obsahuje druhú adaptačnú dosku 54 pripevnenú k telesu so šesťuholníkovým prierezom a vybavenú otvormi na prechod chladivá.

Táto doska slúži ako opora palivových tyčí 24. Je vybavená pomocnými otvormi na prechod závitom vybavených ťahadiel 56, určených na zaskrutkovanie do koncových zátok 58 vodiacich rúrok 16. Ťahadlá sú vybavené kalibrovaným otvorom 56a na zásobovanie chladiacou vodou vodiacich rúrok 16, riadiacich tyčí 24 alebo tyčí zmeny spektra, ktoré sa vložia do vodiacich rúrok 16.

Mreže 20, 22 môžu byť takej konštrukcie, ako sú nakreslené na obr. 4 a môžu byť tvorené tromi súpravami doštičiek 64, 66, ktoré sú vybavené spojovacími drážkami, pričom mreže jednej zo súprav sú navzájom rovnobežné a s doštičkami druhých dvoch súprav zvierajú uhol 120 °C. Ako je vidieť z obr. 4, doštičky 64, 66 môžu byť dve a dve prekrížené a spojené ako nožnice.

V príklade uskutočnenia podľa vynálezu nakreslenom na obr. 4 sa každá mreža 20, 22 skladá zo šesťdesiatich vnútorných doštičiek a šiestich vonkajších doštičiek. Vonkajšie doštičky môžu byť predĺžené zahnutými vodiacimi jazýčkami 60 (pozri obr. 3), čím sa vylúči nebezpečie zakvačenia sa medzi zostavou pri manipulácii.

Aspoň dve koncové mreže 20 sú tvorené doštičkami zo zliatiny, ktorá si uchováva mechanické vlastnosti pri ožiarení, napríklad zleonelu 718. Doštičky môžu byť teda spájané dve a dve k sebe. Je tiež možné použiť iné materiály, napríklad martenzitickú oceľ.

V príklade uskutočnenia na obr. 3 sú na doštičky spodných koncových mreží privarené ochranné kryty 62 z nehrdzavejúcej ocele. Do týchto ochranných krytov sa zasunú spodné konce vodiacich rúrok 16 pripevnených na druhú adaptačnú dosku 54 spodného nadstavca 14 pomocou závitom vybaveného ťahadla 56. Horná mreža 20 môže podobným spôsobom niesť privarené objímky, z ktorých každá je určená na to, aby obopínala vodiacu rúrku 16. Horná koncová mreža 20 takto vyzbrojená môže byť buď voľná, hneď ako sa vloží na vodiace rúrky 16, alebo môže byť osovo držaná prstencami zo zliatiny na báze zirkónu, privarenými aspoň na niektoré vodiace rúrky 16 z obidvoch strán objímok. Jedna súprava môže byť upravená na zabránenie namáhania.

Prostredné mreže 22 môžu byť zhotovené tak, že sú buď zo zliatiny na báze zirkónu, alebo môžu byť (ak sa sleduje udržanie mechanických vlastnosti pri ožiarení) z nehrdzavejúcej zliatiny, takej, akou je Inconel 718. Vonkajšie doštičky môžu byť ešte vybavené deflektorom (vodiacim plechom) na zabránenie zachytenia medzi priľahlými článkami pri manipulácii.

Doštičky 64, 66 môžu byť zmontované rôznymi spôsobmi, záleží na tom, či sa sleduje hlavne ľahkosť výroby doštičiek alebo spoľahlivosť zvarov v miestach prekríženia.

V príklade uskutočnenia nakreslenom na obr. 5A, sú spojovacie drážky doštičky 64 s doštičkou 66 pod uhlom 120 °C usporiadané šikmo so striedavým sklonom. Nevýhodou tohto riešenia je, že vyrezanie je síce zložité, ale uľahčuje zváranie.

V obdobnom riešení, nakreslenom na obr. 5B, sú drážky kolmé, čo uľahčuje výrobu doštičiek, ale zase je menej výhodné z hľadiska zvárania.

Na obr. 5 je kompromis týchto dvoch predchádzajúcich riešení: drážky jednej doštičky sú rovné, ale vybavené opomým úkosom doštičiek ostatných súprav.

Doštičky mreže sú vybavené prostriedkami na zovretie tyčí, ktoré obsahujú oporné výstupky usporiadané na vonkajších doštičkách a pružinové výstupky na vnútorných doštičkách. V konkrétnom príklade uskutočnenia nakreslenom na obr. 6, kde vodiace rúrky 16 majú väčší priemer ako tyče 24, oporné výstupky musia byť zrušené v blízkosti buniek obsahujúcich vodiace tyče, ako bude objasnené ďalej.

V bežných bunkách môžu byť tyče 24 podopreté v piatich bodoch, rozdelených podľa troch smerov po 120 °C. Dve z doštičiek 64 a 66 (pozri obr. 5 až 7), ktoré vymedzujú bunku sú vybavené výstupkami 68 umiestnenými na dvoch rôznych úrovniach. Jedna z doštičiek 70 tretej súpravy obsahuje rozrezanú a deformovanú pružinu 72. Výstupky 68 blízke drážkam je často výhodné vytvoriť vyrezanými časťami v tvare mostu malej šírky, pričom otvory pod týmto mostom sú v pozdĺžnom zmysle doštičiek. Výstupky 68 a pružiny 72 môžu mať rovnakú šírku. Ale môžu sa využiť ďalšie typy výstupkov 68, napríklad v tvare pologombika, ako je opísané vo francúzskej prihláške vynálezu č. 90 09446.

Ako už bolo skôr naznačené, doštičky 64, 66 musia byť miestne deformované na vymedzenie buniek nasledujúceho rozmeru na uloženie vodiacich rúrok 16 (pozri obr. 6). Keď je rozdiel priemeru medzi vodiacimi rúrkami 16 a palivovými tyčami 24 významný, táto deformácia sa musí rozšíriť na tie susedné bunky, do ktorých sa zasunú vodiace rúrky 16. V tomto prípade sa deformácia doštičky nahradí v jednej súprave dvoma výstupkami 68 spojenými v pozdĺžnom smere tyčí 24, ako je nakreslené na obr. 6 a 9 a tyč 24 je udržiavaná v štyroch bodoch, dva sú vytvorene prehnutím doštičiek 74 a dva ďalšie pružinami 72.

Keď sú vnútorné mreže zo zliatiny na báze zirkónu, ako vodiace rúrky 16, môžu byť k týmto rúrkam pripevnené zvarením. S týmto cieľom sa môžu doštičky 64, 66 pretiahnuté okolo vodiacich rúrok pomocou prehnutých jazýčkov 76 (pozri obr. 10), ktoré sú odporovo privarené k vodiacim rúrkam 16.

Na uľahčenie montáže medzi vnútornými doštičkami a vonkajšími doštičkami tvoriacimi pás, je výhodné ohnúť koncové časti 79 vnútorných doštičiek takým spôsobom, aby krížili pod uhlom 90° vonkajšie doštičky tvoriace pás 78 (pozri obr. 11). Toto usporiadanie umožní vybaviť vnútorné doštičky čapmi, ktoré zapadnú do drážok pripravených v páse pred zváraním.

Vonkajšie doštičky sa môžu pripojiť v rohoch pásu, ako je naznačené na obr. 11, alebo na čelných plochách. Toto pripevnenie sa môže uskutočniť ako spojenie vnútorných doštičiek medzi sebou, zvarením zväzkom elektrónových lúčov alebo laserom.

Ako bolo poukázané, je možné použiť stredné mreže 22 vytvorené z doštičiek zo zliatiny, ktorá si uchováva svoje vlastnosti pri ožiarení, napríklad zo zliatiny Inconel. V tom prípade doštičky 64, 66 môžu mať trochu menšiu hrúbku než v prípade použitia zliatiny Zircaloy. Doštičky 64, 66 sa môžu teda spájať medzi sebou v miestach, kde do seba zapadajú.

Vo výhodnom uskutočnení bol článok 10 určený na tristodvanásť tyčí 24 umiestnených v okách siete srozostupom 12,75 mm. Nosná konštrukcia pozostávala z pätnástich vodiacich rúrok 16 pripevnených rozoberateľným spôsobom k nadstavcom 16, 14 a troch vodiacich rúrok 16 umiestnených v spojení s rozperami 44. Koncové mreže 20 boli zo zliatiny Inconel 718 a prostredné mreže 22 zo zirkónovej zliatiny (Zircaloy). Tieto parametre viedli k použitiu spoločnej šírky 108 mm pre výstupky 68 a lisované pružiny 72. Výška doštičiek 64, 66 bola rovnaká pre prostredné mreže 22 a mreže koncové 20. Hrúbka doštičiek vnútorných radové 0,4 mm sa ukázala byť vyhovujúcou, hrúbka o niečo vyššia je výhodná pre vonkajšie doštičky v prípade, že mreže sú zo Zircaloy.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rozoberateľný jadrový palivový článok reaktora, chladeného a tlmeného ľahkou vodou, obsahujúci nosnú kostru s dvoma nadstavcami, spojený vodiacimi rúrkami a majúci mreže rozdelené pozdĺž zostavy, pričom každá mreža má tri sústavy doštičiek navzájom sa krížiacich, ktoré vymedzujú bunky, z ktorých jednými prechádzajú vodiace rúrky a druhými palivové tyče, pričom doštičky sú vybavené prostriedkami na zovretie tyčí, ktoré udržujú tieto tyče v okách pravidelnej trojuholníkovej siete a pričom doštičky sú pripevnené aspoň k niektorým vodia cim rúrkam a horný nadstavec obsahuje hornú časť vybavenú valcovým plášťom, vertikálne posuvným a pripevneným k udržiavacej doske, vyznačujúci sa t ý m , že horný nadstavec (12) obsahuje tiež spodnú časť, na ktorú je posuvne pripevnená horná časť, vybavenú prechodovým zvonom (34) zo šesťuholníkového prierezu do valcovitého kusu, vybaveného prvou adaptačnou doskou (32) rozoberateľné spojenou len s niektorými z prvých vodiacich rúrok (16), pričom rúrkovité rozpery (44) vymedzujú vzájomný rozstup medzi prvou adaptačnou doskou (32) a udržiavacou doskou (42), spojenými s druhými vodiacimi rúrkami (16) a pružinami (46), uloženými medzi týmito doskami (32, 42).
2. 2. Jadrový palivový článok reaktora podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že pružiny (46) sú umiestnené okolo rozpier (44).
3. 3. Jadrový palivový článok reaktora podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že druhé vodiace rúrky (16) sú rovnako tie, ktoré sú umiestnené v spojení s rúrkovitými rozperami (44) a tým, že rozpery (44) majú tú istú vnútornú svetlosť ako vodiace rúrky (16).
4. 4. Jadrový palivový článok reaktora podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že druhé vodiace rúrky (16) sú opreté o rozpery (44) a tým, že rozpery tvoria oporný most na prvej adaptačnej doske (32) a koncová časť je opretá závitom na maticu (48) regulácie maximálnej vzdialenosti medzi prvou adaptačnou doskou (32) a udržiavacou doskou (42).
5. 5. Jadrový palivový článok reaktora podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa t ý m , že upevňovacie prostriedky prvej adaptačnej dosky (32) s aspoň niektorými vodiacimi rúrkami (16) obsahujú objímky (50) zablokované proti otáčaniu po zovretí na koncových puzdrách (52) vodiacich rúrok (16).
6. 6. Jadrový palivový článok reaktora podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa t ý m , že doštičky (64, 66) sú vždy dve a dve prekrížené a spojené a tým, že prostriedky na zovretie tyči (24) obsahujú výstupky (68) umiestnené na priehradkách buniek zvierajúcich 120° s pružinou (72) usporiadanou na ďalšej priečke.
7. 7. Jadrový palivový článok reaktora podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že pružiny (72) a výstupky (68) sú vyrezané v priehradke doštičiek (64, 66).
8. 8. Jadrový palivový článok reaktora podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa t ý m , že vodiace rúrky (16) majú väčší priemer než palivové tyče (24) a doštičky (64, 66) sú okolo buniek na zasunutie rúrok (16) deformované a rovnako sú deformované aj susedné bunky.
9. 9. Jadrový palivový článok reaktora podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa t ý m , že vnútorné doštičky (64, 66) každej mreže (20, 22) majú na svojich koncoch vykrojenie (79) na docielenie ich priesečníka s vonkajšími doštičkami pod uhlom 90°.
10. 10. Jadrový palivový článok reaktora podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 10, vyznačujúci sa t ý m , že doštičky (64, 66) sú vybavené v miestach prekríženia rovnými skosenými drážkami.