СПОСОБ РЕМОНТА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ Российский патент 1997 года по МПК G21C19/33 G21C21/00 G21C3/00 

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано для ремонта тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.

Известен способ ремонта тепловыделяющих сборок, заключающийся в том, что дефекты на наружной стороне обода решеток удаляют методом механической обработки (заявка Японии N 61-54197, кл. G 21 C 19/33, опубл. 1986).

Поскольку удаление дефектов осуществляется при помощи абразивного инструмента, это неизбежно приводит к образованию мелкодисперсной стружки и пыли, которые практически невозможно полностью удалить (тем более, если сборка уже радиоактивная и ее ремонт проводят дистанционно в горячей камере). В результате этого в процессе дальнейшей эксплуатации сборки в ядерном реакторе появившаяся при ремонте мелкодисперсная пыль и стружка попадает в теплоноситель и разносятся по всему контуру ядерного реактора, загрязняя его. Еще одним недостатком данного способа является его однобокость, т.к. с помощью этого способа можно удалять дефекты, имеющие форму выпуклостей, а дефекты в виде вмятин или загибов обода внутрь решетки исправить нельзя.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ ремонта тепловыделяющих сборок, заключающийся в том, что определяют состояние конструктивных элементов тепловыделяющей сборки и при обнаружении среди них дефектных элементов разделяют решетку с ячейками для стерженьковых тепловыделяющих элементов на части, удаляют дефектные элементы и контролируют качество ремонта (патент Франции N 2627006, кл. G 21 C 19/33, опубл. 1988).

В соответствии с указанным способом часть концевой решетки, в которой закреплен дефектный тепловыделяющий элемент (твэл), отпиливается и удаляется вместе с твэлом. На место отпиленного "куска" концевой решетки устанавливается пластина, позволяющая зафиксировать новый твэл, помещенный в сборку вместо дефектного твэла. Тем самым, сохраняется однородность сборки, которая позволяет в дальнейшем использовать сборку в активной зоне ядерного реактора.

Концевая решетка по этому способу распиливается фрезой, в результате чего образуется много мелкодисперсной металлической стружки и пыли, которые несмотря на самую тщательную чистку сборки практически невозможно полностью удалить. Поэтому попавшая в активную зону вместе со сборкой пыль и стружка вымывается теплоносителем и разносится по всему контуру, загрязняя его радиоактивностью. Кроме того, дисковые фрезы нельзя применять для распиливания дистанционирующих и интенсифицирующих решеток из-за их крайне низкой жесткости, вызванной малыми толщинами стенок обода и ячеек, которые сварены между собой (например толщина стенок обода и ячеек у интенсифицирующих решеток равна 0,45 мм и 0,35 мм соответственно). При попытке распиливания дисковой фрезы край обода западает между зубцами фрезы и вместо распиливания фреза отгибает обод и вырывает сварные точки из стенок ячеек, которые при этом недопустимо деформируются.

Эксплуатация тепловыделяющих сборок с дефектными элементами и, в частности с деформированными дистанционирующими и/или интенсифицирующими решетками, запрещена, т.к. в месте повреждения решетки изменяется профиль течения и величин расхода теплоносителя, что ведет в конечном итоге к пережогу оболочек твэлов и их механическому разрушению из-за контакта с дефектными элементами решеток.

Повреждение ободов решеток может происходить не только в процессе эксплуатации тепловыделяющих сборок в активной зоне ядерного реактора, но и при транспортировке, при извлечении сборок из тары, при загрузке-выгрузке из технологических каналов и т.д. то есть весьма часто. Требования ПБЯ, предъявляемые к качеству сборок, как уже отмечалось выше, не позволяют эксплуатировать сборки с дефектными решетками, поэтому сборки с недовыгоревшим топливом отправляют в отходы, а сборки со свежим топливом вынуждены обратно транспортировать для ремонта на завод-изготовитель.

Еще одним недостатком прототипа является необходимость восстанавливать однородность ТВС после проведения операций по удалению дефектных твэлов, а именно: устанавливать на место дефектного твэла свежий, изготавливать специальные пластины, с помощью которых можно закрепить новые твэлы в сборке, размещать крепежные пластины на месте вырезанных участков решетки и там их фиксировать, что также возможно только на предприятиях, имеющих соответствующую оснастку.

В связи с этим задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности ремонта облученных и свежих ТВС, в которых были обнаружены дефектные решетки, непосредственно в условиях промплощадки атомной станции, ликвидация опасности загрязнения контура ядерного реактора частицами конструкционных материалов сборки после ее восстановительного ремонта, упрощение ремонтных работ, сокращение числа ремонтных операций и сроков ремонта, снижение транспортных расходов.

Технический результат, который достигается с помощью заявленного способа, заключается в том, что обеспечивают сохранение первоначальной геометрии ячеек дистанционирующих и/или интенсифицирующих решеток при ремонте ТВС, исключают образование мелкодисперсных частиц материала сборки, которые при ее эксплуатации являются источником загрязнения контура ядерного реактора, исключаются операции по изготовлению деталей, отсутствующих в спецификации тепловыделяющей сборки, по их размещению в сборке и крепежу, а также устраняют необходимость в проведении чистки сборки от стружки и пыли.

Указанный результат достигается за счет того, что в способе ремонта тепловыделяющих сборок, заключающимся в том, что определяют состояние конструктивных элементов тепловыделяющей сборки и при обнаружении среди них дефектных элементов разделяют решетку с ячейками для стерженьковых тепловыделяющих элементов на части, удаляют дефектные элементы и контролируют качество ремонта, при обнаружении дефектной дистанционирующей и/или интенсифицирующей решетки обод решетки по обеим сторонам от мест сварного соединения ячеек с ободом разрезают и образовавшиеся отрезки обода сгибают по сварному соединению в радиальном направлении, после чего попеременно поворачивают по часовой и против часовой стрелке на угол не более 25 ^o относительно первоначального положения обода до усталостного разрушения сварного соединения, при этом обод разрезают ножницами или аргонно-дуговой горелкой или лазером, и в месте разрезания обод вытягивают с усилием, при котором выполняются неравенство σ_яч< σ_т, (где σ_яч напряжение в станках ячеек, (н/м²), σ_т предел текучести материала решетки (н/м²), и в образовавшийся зазор между ободом и тепловыделяющим элементом (ячейкой) зазор вводят лезвие ножниц или термостойкую прокладку.

На фиг.1 представлен общий вид тепловыделяющей сборки; на фиг.2 сечение А-А тепловыделяющей сборки; на фиг.3 сечение тепловыделяющей сборки с интенсифицирующей решеткой и устройство для вращения отрезков обода.

На этих фигурах обозначена тепловыделяющая сборка 1, неподвижно зафиксированная в зажимах 2, с дистанционирующими (на фиг. не показаны) и интенсифицирующими решетками 3, в ячейках 4 которых расположены твэлы 5. Стенки ячеек 4 соединены в трех местах с ободом 6 интенсифицирующей решетки 3 с помощью неразъемного сварного соединения в виде, например, сварочных точек 7. На фигурах также изображены крюк 8 с приводом 9, ножницы 10 для разрезания обода 6 и зажимные губы 11 устройства для вращения 12.

В соответствии с заявленным способом после выявления дефектного обода 6, например интенсифицирующей решетки 3 его с обеих сторон от каждого сварного соединения 7 ячеек 4 с ободом 6 разрезают и образовавшиеся отрезки обода 6, прикрепленные к ячейкам 4, сгибают по сварным соединениям 7 в радиальном направлении, зажимают в губах 11 устройства 12 и начинают их попеременно поворачивать по часовой и против часовой стрелки на угол не более 25^o относительно первоначального положения обода до наступления усталостного разрушения сварных соединений 7.

В результате этого стенка ячейки 4, соединенная с ободом 6, отделяется от него и в ней образуется вырыв в виде отверстия практически правильной формы без равных краев и заусенцев, которые могли бы повредить оболочки твэлов 5 и нарушить стабильность потока теплоносителя на участке расположения интенсифицирующей (дистанционирующей) решетки 3, с удаленным ободом 6. При этом необходимость поворота разрезанных частей обода 6 на угол не более 25^o объясняется тем, что в противном случае, как показали результаты экспериментов, происходит пластическая деформация стенки ячейки, к которой приварен обод 6, и к тому же на краях отверстия в стенке ячейки 4, образующегося от вырыва сварной точки 7, получаются один или даже несколько крупных заусенцев, отогнутых, как правило, наружу ячейки 4, что по требованиям эксплуатации недопустимо.

Резание ободов дистанционирующих и интенсифицирующих решеток проводят ножницами или аргоно-дуговой горелкой или лазером.

Предложенный способ удаления обода не приводит к образованию мелкодисперсной пыли и стружки, которая после установки тепловыделяющей сборки 1 в активной зоне ядерного реактора может быть разнесена теплоносителем по всему контуру, подвергая его опасности радиоактивного загрязнения.

В случае, когда твэлы 5 расположены вплотную к ободу 6, его в местах разрезания предварительно вытягивают с усилием, при котором выполняется неравенство σ_яч<σ_т, где σ_яч напряжение в стенках ячеек (н/м²) σ_т - предел текучести материала решетки (н/м²), чтобы избежать необратимой деформации стенок ячеек 4, для чего крюк 8, снабженный приводом 9, цепляют за обод 6 и перемещают по радиусу тепловыделяющей сборки 1. Часть обода 6, ограниченная двумя близлежащими сварными точками 7, вытягиваются в сторону перемещения крюка 8, и между этой частью обода 6 и твэлами 5 (ячейками 4) образуется зазор, в который помещают либо лезвие ножа слесарных ножниц 10, либо жаростойкую прокладку (на чертежах не показана), предназначенную для защиты оболочек твэлов 5 от прожога в случае использования дуговой или световой (лазерной) резки обода 6. После этого обод 6 разрезают и далее проводят вышеуказанные операции по отделению обода 6 от ячеек 4 интенсифицирующей (либо дистанционирующей) решетки 3.

Затем проводят контроль за формой ячеек, состоянием поверхности стенок ячеек и оболочек твэлов, измеряют величину зазоров между стенками ячеек и твэлами и диаметр решетки без обода.

Как показали проведенные расчеты и эксперименты, по окончанию описанных ремонтных работ для эксплуатации ТВС в активной зоне ядерного реактора препятствий не существует, т.к. отсутствие обода у одной или даже двух-трех решеток (например в реакторе РБМК-1500 в ТВС, расположенных в верхней части технологических каналов, кроме опорной решетки установлено 10 дистанционирующих и 18 интенсифицирующих решеток) практически не сказывается на жесткости пучка стерженьковых твэлов и на величине теплосъема.

Использование: в атомной технике для ремонта тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Сущность изобретения: определяют состояние конструктивных элементов тепловыделяющей сборки и при обнаружении дефектной дистанционирующей и/или интенсифицирующей решетки обод решетки по обеим сторонам от мест сварного соединения ячеек с ободом разрезают. Образовавшиеся отрезки обода сгибают по сварному соединению в радиальном направлении, после чего попеременно поворачивают по часовой и против стрелке на угол не более 25^o относительно первоначального положения обода до усталостного разрушения сварного соединения. Затем отделенные от ячеек отрезки обода решетки удаляют из сборки и контролируют качество ремонта. При этом обод разрезают ножницами или аргоно-дуговой горелкой, или лазером. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ ремонта тепловыделяющей сборки, заключающийся в том, что определяют состояние конструктивных элементов тепловыделяющей сборки и при обнаружении дефектных элементов разделяют решетку с ячейками для стерженьковых тепловыделяющих элементов на части, удаляют дефектные элементы и контролируют качество ремонта, отличающийся тем, что при обнаружении дефектной дистанционирующей и/или интенсифицирующей решетки обод решетки по обеим сторонам от мест сварного соединения ячеек с ободом разрезают и образовавшиеся отрезки обода сгибают по сварному соединению в радиальном направлении, после чего попеременно поворачивают по часовой и против часовой стрелке на угол не более 25^o относительно первоначального положения обода до усталостного разрушения сварного соединения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обод разрезают ножницами, или аргонодуговой горелкой, или лазером. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что обод в месте разрезания вытягивают с усилием, при котором выполняется неравенство σ_яч< σ_т, где σ_яч - напряжение в стенках ячеек, Н/м², σ_т предел текучести материала решетки, Н/м², и в образовавшийся зазор между ободом и тепловыделяющим элементом ячейки вводят лезвие ножниц или термостойкую прокладку.