СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОБКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно области ядерных реакторов с жидким теплоносителем, и, в частности, может быть использовано для отработки режимов перемещения пробки реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем при ее извлечении из реактора и последующей установки.

После вывода из работы моноблока реакторного (МБР) для перегрузки элементов активной зоны реактора с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем требуется, учитывая условия ядерной и радиационной безопасности, осуществить технологические операции по извлечению и установке пробки реактора посредством коробки переходной и приспособления для извлечения и транспортировки пробки. Особенностью процесса извлечения и установки пробки реактора на быстрых нейтронах является то, что процесс проходит под воздействием значительной выталкивающей силы тяжелого жидкометаллического теплоносителя за счет его высокой плотности, которая превышает плотность материала (стали), из которого изготовлена пробка реактора. Основное назначение коробки переходной, входящей в состав комплекса перегрузочного оборудования системы перегрузки активной зоны из МБР, в установке устройств перегрузочного оборудования и обеспечении стыковки их с корпусом МБР с исключением контакта свинцово-висмутового теплоносителя МБР с атмосферным воздухом, а также в удержании от всплытия и осуществлении страгивания («подрыва») с места установки пробки в реакторе при снятом нажимном фланце, удерживающем пробку на штатном месте. При помощи коробки переходной и приспособления для транспортировки пробки (ПТП) осуществляют перемещение пробки при перегрузке. Для исключения внештатных ситуаций необходимо обеспечить соответствующую скорость перемещения пробки, поэтому важным для определения ее оптимальных параметров является изучение процесса перемещения пробки при проведении операции по перегрузке пробки реактора на быстрых нейтронах. Также важно испытывать на работоспособность механизмы коробки переходной и ПТП перед их эксплуатацией. Для чего требуется создать условия и разработать эффективный способ для обеспечения возможности исследования процесса перемещения пробки МБР в коробке переходной под воздействием выталкивающей силы с одновременной отработкой работоспособности механизмов перегрузочного оборудования на их макетах.

Учитывая, что реакторные установки малой мощности на быстрых нейтронах с жидкометаллическим свинцово-висмутовым теплоносителем с использованием модульного принципа построения энергоблока, в частности, такими как свинцово-висмутовый реактор на быстрых нейтронах типа СВБР, являются пилотными в части осуществления в атомной отрасли масштабных высокотехнологичных проектов, то аналоги способа определения оптимальных параметров процесса перемещения пробки ядерного реактора по технической сущности и по достигаемому результату при его использовании авторами и заявителем не выявлены.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности перегрузочного оборудования путем многократной отработки на стенде механизмов коробки переходной и ПТП на работоспособность с определением оптимальных параметров перемещения пробки в процессе перегрузки. Задача решается в способе определения оптимальных параметров процесса перемещения пробки ядерного реактора.

Технические результаты при осуществлении предлагаемого способа заключаются, в частности, в:

- проведении многократных испытаний макета коробки переходной на стенде при имитации действия выталкивающей силы в несколько этапов с постоянными рассчитанными усредненными значениями в зависимости от положения пробки, соответствующей расчетной глубине ее погружения в свинцово-висмутовый теплоноситель (СВТ) в реакторе;

получении информации о параметрах механизмов коробки переходной, характеризующих процесс перемещения пробки реактора;

- обеспечении повторяемости эксперимента;

- уменьшении времени простоя в ходе проведения регламентных и ремонтных работ.

Влияние на достижение каждого из указанных выше технических результатов оказывают следующие отличительные признаки.

Способ определения оптимальных параметров процесса перемещения пробки ядерного реактора предусматривает то, что на стенде для испытаний, по меньшей мере, пять раз (циклов) перемещают в макете коробки переходной макет пробки с установленным на ней макетом приспособления для транспортировки пробки на пяти этапах при разных усилиях, имитирующих выталкивающую силу, действующую на пробку. В процессе проведения испытаний регистрируют количественные значения всех выполненных измерений крутящего момента силы на приводах ходовых винтов и скорости перемещения блоков силовых, которые удерживают пробку при перегрузках. По ним после многократного повторения процесса перемещения макета пробки определяют оптимальную скорость для перемещения пробки реактора.

Макет коробки переходной жестко монтируют на стенде таким образом, чтобы имитировать установку на корпусе МБР. Внутри макета коробки переходной при помощи механизмов подъема осуществляют перемещение вверх и вниз макета пробки с установленным на ней ПТП.

При этом гидроцилиндром имитируют выталкивающую силу, воздействуя им на макет пробки.

Целесообразно имитацию выталкивающей силы выполнить дискретно, причем в каждом цикле с помощью гидрораспределителей насосной станции задают то значение давления в гидроцилиндре, которое соответствует рассчитанному усредненному значению выталкивающей силы, действующей на пробку на таком же диапазоне глубин погружения.

По завершении всех испытаний по показаниям информационной панели пульта управления стендом анализируют значения крутящего момента силы на приводах ходовых винтов макета коробки переходной и скорости перемещения ее блоков силовых с последующим выбором оптимальных параметров (скорости) процесса перемещения пробки реактора.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-5:

фиг. 1 - изометрический вид стенда для испытаний с макетами;

фиг.2 - общий вид установки макетов на стенде для испытаний;

фиг.3 - общий вид макета коробки переходной;

фиг.4 - разрез А-А;

фиг.5 - изометрический вид макета пробки и макета ПТП.

Возможность испытания макета коробки переходной 1 (фиг. 1, 2) обеспечивают: стенд 2 для испытаний с насосной станцией 3, пультом управления 4 стенда и гидроцилиндром 5, макет пробки 6 и макет ПТП 7.

Стенд 2 для испытаний (фиг. 2), представляющий собой конструкцию для установки и обслуживания испытуемого оборудования, состоит из основания 10, на которое устанавливают макет коробки переходной 1, площадки рабочей 9 со стойками 8 и гидроцилиндра 5. Площадка рабочая 9 представляет собой двухуровневую конструкцию с лестницами и ограждением, которая предназначена для нахождения обслуживающего персонала при выполнении работ по перегрузке МБР. Стенд 2 для испытаний используют для проверки работы и наладки оборудования перегрузочного комплекса. Он обеспечивает возможность исследования процесса перемещения макета пробки 6, находящейся под действием выталкивающей силы, и также обеспечивает возможность повторяемости экспериментов. Высотные отметки расположения испытуемого оборудования соответствуют реальным отметкам реактора. Работой насосной станции 3 и гидроцилиндра 5 имитируют выталкивающую силу пробки МБР. Значения выполненных измерений фиксируют по показаниям приборов, выведенных на информационную панель пульта управления 4 стенда. Датчики, регистрирующие требуемые параметры, на чертежах не показаны.

Макет пробки 6 (фиг. 5) повторяет габаритные размеры пробки МБР и представляет собой конструкцию 11 с упором 12 гидроцилиндра. Макет пробки 6 устанавливают в отверстие основания 10, имитирующего крышку МБР.

Макет ПТП 7 (фиг. 5) устанавливают на крышке макета пробки 6. Макет ПТП 7 обеспечивает возможность перемещения макета пробки 6, исключая возможность поворота макета пробки 6 вокруг своей оси, обеспечивает балансировку макета пробки 6, т.е. обеспечивает ее вертикальность при транспортно-технологических операциях, сохраняет ориентацию макета пробки 6 во время его подъема/опускания относительно оси основания 10 и обеспечивает возможность «подрыва» макета пробки 6.

Макет коробки переходной 1 (фиг. 3) состоит из каркасной части, трех пар направляющих и ходовых винтов с приводами и блоков силовых, а также фланцев, обеспечивающих перемещение макета пробки 6 по вертикали. Каркасная часть макета коробки переходной 1 (фиг. 3 и 4) представляет собой жесткую конструкцию из шести колон 13, соединяющих нижний 14 и верхний 15 опорные фланцы. Каркасная часть служит опорой для трех ходовых винтов 16, на каждом из которых установлен блок силовой 17 с возможностью перемещения по направляющим 18, содержащий гайку 19 и подвижные упоры, верхние 20 и нижние 21, охватывающие выступы опорного кольца 22 макета ПТП. При достижении отметки 1850 мм верхние упоры 20 смещаются по горизонтали от центра макета коробки переходной 1, при этом макет пробки 6 опирается на нижние 21 упоры блоков силовых 17. Горизонтальная траектория движения подвижных упоров 20 и 21 определяется формой направляющих канавок (на чертеже не показаны). При подъеме макета пробки 6 до отметки 2000 мм, нижние упоры 21, также смещаются в горизонтальной плоскости, освобождая таким образом проход для дальнейшего подъема. Контроль крайних положений блоков силовых 17 осуществляют при помощи выключателей (на чертеже не показаны). Ходовые винты 16 оборудованы приводами 23, работающими дистанционно или по функциональному циклу в автоматическом режиме, и расположены между опорными фланцами, нижним 14 и верхним 15. Ходовые винты 16 обеспечивают при помощи подвижных упоров, верхних 20 и нижних 21, удержание и плавный подъем макета пробки 6 под воздействием выталкивающей силы, а также опускание макета пробки 6 до посадки ее на гидроцилиндр 5, установленный на основании 10 (имитация крышки МБР) с преодолением усилия всплытия при операциях загрузки пробки. Ходовые винты 16 преодолевают выталкивающую силу, действующую на пробку, а также (при необходимости) выполняют функцию «подрыва» макета пробки 6. Ход ходовых винтов 16 определяется высотой свободного всплытия пробки и составляет, в частности, (1850+150) мм. Блоки силовые 17 ходовых винтов 16 также преодолевают имитированную выталкивающую силу как при подъеме, так и при опускании макета пробки 6. Крайние положения блоков силовых 17 ограничивают конечными выключателями. Приводы 23 ходовых винтов 16 для обеспечения перемещения макета пробки 6 без перекосов синхронизируют. Нижний 14 опорный фланец, имеющий три выступа для стыковки с блоками силовыми 17, передает через них выталкивающее усилие макета пробки 6 макету коробки переходной 1.

Испытания макета коробки переходной 1 проводят под нагрузкой от гидроцилиндра 5, имитирующего действие выталкивающей силы. Для имитации выталкивающей силы, изменяющейся в зависимости от глубины погружения пробки, испытания включают пять этапов, в зависимости от высоты подъема макета пробки 6. Для достоверной имитации на каждом этапе с помощью гидрораспределителей насосной станции 3 задают значение давления в гидроцилиндре 5, соответствующее рассчитанному усредненному значению выталкивающей силы, действующей на пробку на этом диапазоне глубин погружения. Имитацию выталкивающей силы выполняют дискретно. Испытания проводят в пять этапов, при этом каждой отметке высоты подъема соответствует определенное давление:

- на этапе 1 - 0÷400 мм, 15,3±0,3 МПа;

- на этапе 2 - 400÷800 мм, 11,8±0,3 МПа;

- на этапе 3 - 800÷1250 мм, 8,3±0,3 МПа;

- на этапе 4 - 1250÷1700 мм, 4,8±0,3 МПа;

- на этапе 5 - 1700÷1850 мм (имитируют полное извлечение пробки из расплава, нагрузка от гидроцилиндра отсутствует).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

В исходном состоянии оборудование стенда для испытаний: шток гидроцилиндра 5 находится в исходном нижнем положении, блоки силовые 16 находятся в крайнем нижнем положении, опоры поворотного диска введены в зацепление с блоками силовыми 17 и гидрораспределители насосной станции 3 в количестве 4 шт. отключены.

В процессе проведения испытаний регистрируют количественные значения всех выполненных измерений.

Процесс проводят при заданной скорости перемещения макета пробки 6, предварительно рассчитанной, которая составляет, в частности, 0,4 м/мин. Испытания проводят в следующем порядке.

Сначала имитируют операцию извлечения пробки. Устанавливают первый режим управления перемещением макета пробки 6 вверх, при котором производят запуск насоса насосной станции 3 и начинают перемещать макет пробки 6 вверх в пять этапов.

На первом этапе включают гидрораспределитель Р1 насосной станции 3. Шток гидроцилиндра 5 стенда 2 для испытаний перемещают вверх до упора в нижнюю часть макета пробки 6, и он передает на нее усилие, автоматически включаются приводы 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вверх и автоматически останавливаются на отметке 400 мм. Положение блоков силовых 17 и усилие при этом отображается на предназначенном для этого устройстве индикации на пульте управления 4. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На втором этапе еще включают гидрораспределитель Р2 насосной станции 3. Одновременно происходит запуск приводов 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вверх и останавливаются на отметке 800 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На третьем этапе выключают гидрораспределитель Р2 и включают гидрораспределитель Р3 насосной станции 3. Одновременно происходит запуск приводов 23 блоков силовых 17, которые начинают движение вверх и останавливаются на отметке 1250 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На четвертом этапе выключают гидрораспределитель Р3 и включают гидрораспределитель Р4 насосной станции 3. Одновременно происходит запуск приводов 23 блоков силовых 17, и блоки силовые 17 начинают движение вверх до отметки 1250 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На пятом этапе производят запуск приводов 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вверх и останавливаются на отметке 1850 мм - в верхнем промежуточном положении. После остановки блоков силовых 17 контролируют положение верхних упоров 20, которые должны быть полностью убраны. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

По завершении каждого этапа максимально наблюдавшееся значение крутящего момента силы на приводах 23 ходовых винтов 16 макета коробки переходной 1 фиксируют.

Затем имитируют операцию установки пробки. Операцию по опусканию макета пробки 6 проводят в порядке, обратном его извлечению. Устанавливают второй режим управления перемещением макета пробки 6 вниз, при котором производят запуск насоса насосной станции 3 и начинают перемещать макет пробки 6 вниз в пять этапов.

На первом этапе производят запуск приводов 23 блоков силовых 17, которые начинают движение вниз и останавливаются на отметке 1700 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На втором этапе включают гидрораспределители Р1 и Р4 насосной станции 3 и одновременно запускают приводы 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вниз и останавливаются на отметке 1250 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На третьем этапе выключают гидрораспределитель Р4 и включают гидрораспределитель Р3 насосной станции 3. Одновременно производят запуск приводов 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вниз и останавливаются на отметке 800 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На четвертом этапе выключают гидрораспределитель Р3 и включают гидрораспределитель Р2 насосной станции 3. Одновременно производят запуск приводов 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вниз и останавливаются на отметке 400 мм. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

На пятом этапе выключают гидрораспределитель Р2 насосной станции 3 и одновременно производят запуск приводов 23 блоков силовых 17. Блоки силовые 17 начинают движение вниз и останавливаются на отметке «0» - в крайнем нижнем положении. При достижении этой отметки происходит отключение гидрораспределителя Р1 и насоса насосной станции 3. Регистрируют количественные значения выполненных измерений. Данные фиксируют.

По завершении каждого этапа максимально наблюдавшееся значение крутящего момента силы на приводах 23 ходовых винтов 16 макета коробки переходной 1 фиксируют.

Далее устанавливают третий режим управления перемещением пробки, для этого возвращают оборудование стенда в исходное положение. Снимают с макета пробки 6 нагрузку от гидроцилиндра 5 и возвращают его в исходное положение. Запускают насос насосной станции 3. Шток гидроцилиндра 5 перемещают вниз до того момента, пока не достигнет своего исходного нижнего положения. Выключают гидрораспределитель Р1 и насос насосной станции 3.

По завершении третьего этапа максимально наблюдавшееся значение крутящего момента силы на приводах 23 ходовых винтов 16 макета коробки переходной 1 фиксируют.

Все вышеописанные действия повторяют пять раз.

По результатам проведенных испытаний наиболее достоверно определяют оптимальный крутящий момент силы на ходовых винтах и скорость перемещения силовых блоков, что в свою очередь позволяет уже по экспериментальным параметрам получить информацию о соответствии выбора скорости перемещения пробки реактора расчетным обоснованиям. Также по техническому состоянию механизмов подъема макета коробки переходной после испытаний и выявленным недостаткам конструкций разрабатывают мероприятия по их устранению и рекомендации по доработке макетов.

Таким образом, предварительные испытания механизмов подъема макета коробки переходной по предложенному способу обеспечивают последующую надежную работу коробки переходной при перегрузке пробки реактора и сокращают время простоя в ходе проведения регламентных и ремонтных работ, тем самым повышают эксплуатационную надежность оборудования.