ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C3/34 

Изобретение относится к области изготовления и эксплуатации ТВС (тепловыделяющих сборок) ядерных реакторов.

Известна [1] дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора (далее будет использоваться сокращенное название решетка), содержащая многогранные ячейки с дистанционирующими выступами (далее будет использоваться сокращенное название выступы) аналог. Конструктивным недостатком этой решетки является то, что она выполнена из заготовок в виде разнотипных гофрированных лент, что выступы и грани ячеек выполнены из одинакового материала, а также то, что выступы не пружинящие, а жесткие. Наличие таких конструктивных недостатков снижает технологичность решетки, так как затруднена автоматизация изготовления решетки из-за большого количества типоразмеров деталей решетки, и снижает надежность решетки и ТВС в целом, так как отсутствует надежное подпружинивание твэлов со стороны выступов.

Известна [2] решетка, содержащая многогранные ячейки с пружинящими выступами, выполненными в средней части граней из такого же материала, из которого изготовлены грани, аналог. Конструктивный недостаток этой решетки заключается в том, что она выполнена из заготовок в виде разнотипных гофрированных лент, что выступы и грани ячеек выполнены из одинакового материала, что грани ослаблены, а также то, что выступы имеют меньшую высоту, чем грани ячеек. Выполнение решетки из ленточных заготовок затрудняет автоматизацию процесса изготовления из-за большого количества типоразмеров деталей решетки. Наличие ослабленных граней, а также выступов с недостаточной высотой требует для обеспечения жесткости и прочности решетки, а также для эффективного подпружинивания твэлов использовать ленточные заготовки с увеличенной толщиной и высотой, а также из стали или сплава с высокими механическими свойствами и с содержанием железа, никеля, хрома и т.д. которые обладают высоким сечением захвата нейтронов, что снижает физические характеристики решетки, ТВС и реактора в целом.

Известна [3] решетка, содержащая многогранные ячейки с пружинящими выступами, выполненными в углах ячеек из такого же материала, из которого изготовлены грани, аналог. Конструктивный недостаток этой решетки заключается в том, что на гранях ячеек между смежными выступами выполнены разрезы или стыки, делящие плоские грани на два отдельных участка с соотношением длин 0,2 0,4. Ячейки решеток сварены между собой в районе граней без разреза, а также в районе отдельных участков, имеющих большую длину и расположенных на гранях с разрезом. Отдельные участки граней с меньшей длиной, расположенные на гранях с разрезом и прилегающие к дистанционирующим выступам, остаются свободными, т.е. незакрепленными. Наличие ослабленных граней с разрезом или стыком и наличие незакрепленных участков граней приводит к уменьшению жесткости решетки в целом и делает ее непригодной к использованию в ТВС с большим количеством твэлов, например непригодной к использованию в ТВС для реактора ВВЭР-440, содержащей 126 твэлов, так как такие решетки будут деформироваться при транспортных операциях ТВС. Кроме того, наличие ослабленных граней требует для обеспечения жесткости и прочности решетки, а также для эффективного подпружинивания твэлов использовать ленточные заготовки с увеличенной толщиной и высотой, а также из стали или сплава с высокими механическими свойствами и с содержанием железа, никеля, хрома и т.д. которые обладают высоким сечением захвата нейтронов, что снижает физические характеристики решетки, ТВС и реактора в целом. В этой известной решетке задача с подпружиниванием твэлов в ТВС решена не лучшим образом. Дело в том, что пружинящие дистанционирующие выступы в ячейках имеют возможность смещаться в радиальном направлении совместно с прилегающими отдельными участками граней, которые остались незакрепленными. В процессе сборки ТВС или в процессе эксплуатации ТВС эти участки граней при смещении от номинального положения совместно с дистанционирующими выступами могут выйти за пределы контакта со смещенными гранями, к которым они прилегают. В этом случае при обратном ходе дистанционирующих выступов подвижные участки граней, т.е. участки граней с меньшей длиной, упрутся в углы смежных ячеек и не дадут возможности дистанционирующим выступам вернуться в номинальное положение произойдет заклинивание дистанционирующих выступов. При таком заклинивании между этими пружинящими дистанционирующими выступами и твэлами будут образованы зазоры, что отрицательно повлияет на надежность решеток и ТВС в целом.

Известна [4] решетка, содержащая многогранные ячейки с пружинящими выступами, изготовленными в виде отдельных элементов из другого материала по сравнению с материалом граней, аналог. Конструктивным недостатком этой решетки является то, что выступы выполнены в виде овального кольца, установленного в прорези, выполненные на середине граней двух смежных ячеек. Наличие таких выступов приводит к необходимости устанавливать их для обеспечения симметричности на всех гранях ячеек даже в том случае, когда ячейки имеют шестигранную форму и позволяют устанавливать для подпружинивания твэла только 3 выступа. Кроме того, деформация выступа в одной из ячеек после установки твэла может приводить к деформации или изменению положения выступа в смежной ячейке, что может привести к различным неконтролируемым усилиям подпружинивания твэлов в смежных ячейках. Грани ячеек ослаблены прорезями, что вынуждает использовать заготовки с повышенной толщиной и высотой. Указанные конструктивные недостатки снижают технологичность, повышают металлоемкость, снижают надежность решеток и ТВС в целом.

Известна [5] решетка, содержащая многогранные ячейки с пружинящими выступами, установленными в углах ячеек, аналог. Конструктивный недостаток этой решетки заключается в том, что решетка выполнена из заготовок в виде разнотипных гофрированных лент, что выступы и грани ячеек выполнены из одинакового материала, а также то, что выступы занимают по высоте часть высоты граней ячеек. Таким образом, грани ячеек ослаблены, а выступы имеют недостаточную высоту. Кроме того, выступы имеют форму вопросительного знака и установлены в районе 3 смежных углов 3 смежных ячеек. Наличие таких конструктивных недостатков приводит к тому, что автоматизация процесса изготовления решетки из ленточных заготовок затруднена из-за большого количества типоразмеров деталей решетки, что для обеспечения необходимой жесткости и прочности решетки, а также для эффективного подпружинивания твэлов необходимо изготовление решетки из ленточной заготовки с увеличенной толщиной и шириной, а также из стали или сплава с высокими механическими свойствами и с содержанием железа, никеля, хрома и т.д. которые обладают высоким сечением захвата нейтронов, что снижает физические характеристики решетки, ТВС и реактора в целом. Кроме того, деформация выступа в одной из ячеек после установки твэла может приводить к деформации или изменению положения выступа в 2 смежных ячейках до установки твэлов, что может привести к различным неконтролируемым усилиям подпружинивания твэлов в смежных ячейках. Указанные конструктивные недостатки снижают технологичность, повышают металлоемкость, снижают надежность решеток и ТВС в целом.

Известна [6] дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, содержащая многогранные ячейки, часть из которых имеет дистанционирующие выступы, которые выполнены в виде отдельных пружинящих элементов, установленных в углах ячеек и изготовленных из другого материала по сравнению с материалом граней ячеек, прототип. Конструктивный недостаток этой решетки заключается в том, что решетка выполнена из заготовок в виде разнотипных гофрированных лент, что в гранях выполнены прорези, что выступы занимают по высоте часть высоты граней ячеек. Таким образом, грани ячеек ослаблены, а выступы имеют недостаточную высоту. Кроме того, выступы имеют форму сплошного кольца и установлены в районе 3 смежных углов 3 смежных ячеек. Наличие таких конструктивных недостатков приводит к тому, что автоматизация процесса изготовления деталей решетки из ленточных заготовок затруднена из-за большого количества типоразмеров, что невозможна автоматизация процесса сборки решетки из-за большого количества типоразмеров деталей решетки и из-за необходимости ручной установки пружинящих дистанционирующих выступов в прорези лент, что для обеспечения необходимой жесткости и прочности решетки, а также для эффективного подпружинивания твэлов необходимо изготовление решетки из ленточной заготовки с увеличенной толщиной и шириной, а также из стали или сплава с высокими механическими свойствами и с содержанием железа, никеля, хрома и т.д. которые обладают высоким сечением захвата нейтронов, что снижает физические характеристики решетки, ТВС и реактора в целом. Кроме того, деформация выступа в одной из ячеек после установки твэла может приводить к деформации или изменению положения выступа в 2 смежных ячейках до установки твэлов, что может привести к различным неконтролируемым усилиям подпружинивания твэлов в смежных ячейках. Указанные конструктивные недостатки снижают технологичность, повышают металлоемкость, снижают надежность решеток и ТВС в целом.

Изобретение направлено на решение следующих основных задач:
а) повышение надежности решетки и ТВС при транспортных операциях с ТВС за счет увеличения общей прочности и жесткости решетки в целом;
б) снижение металлоемкости решетки и ТВС путем уменьшения толщины стенок граней за счет увеличения общей прочности и жесткости решетки в целом;
в) повышение надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет увеличения усилия подпружинивания со стороны пружинящих элементов на твэлы в ТВС;
г) повышение надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет обеспечения одинакового (в пределах расчетного допуска) расстояния между твэлами в ТВС;
д) повышение надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет обеспечения одинакового (в пределах расчетного допуска) усилия подпружинивания твэлов в смежных ячейках;
е) повышение надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет дополнительного крепления ячеек в решетке опорными поверхностями пружинящих элементов;
ж) улучшение технологичности решетки в процессе изготовления за счет упрощения ее конструкции.

Указанные выше основные задачи изобретения решаются за счет введения в п. 1 формулы изобретения основных существенных отличительных признаков.

Указанные выше основные задачи изобретения, касающиеся повышения надежности, снижения металлоемкости и улучшения технологичности решетки, решаются за счет того, что в дистанционирующей решетке ТВС ядерного реактора, содержащей многогранные ячейки, хотя бы часть из которых имеет дистанционирующие выступы, которые выполнены в виде отдельных пружинящих элементов, установленных в углах ячеек и изготовленных из другого материала по сравнению с материалом граней ячеек, указанные пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках.

Заявленная дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора отличается от прототипа тем, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках.

Из приведенных выше описаний известных конструкций дистанционирующих решеток ТВС ядерных реакторов (см. аналоги и прототип), а также из других известных авторам конструкций решеток ТВС ядерных реакторов, т.е. из уровня ядерной техники, для специалиста явным образом не следует, что для повышения надежности, снижения металлоемкости и улучшения технологичности решетки нужно ввести в ее конструкцию совокупность существенных отличительных признаков, приведенных в п. 1 формулы изобретения и состоящих в том, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках.

Кроме решения приведенных выше основных задач, изобретение направлено на решение ряда дополнительных задач, а именно:
а) повышение надежности решетки за счет увеличения усилия подпружинивания, действующее на твэлы со стороны подвижных поверхностей пружинящих элементов;
б) повышение надежности решетки за счет предотвращения остаточной деформации подвижных дистанционирующих поверхностей пружинящих элементов при транспортировке ТВС или при сборке ТВС;
в) повышение подвижности решетки за счет более точного обеспечения установленного или расчетного шага ячеек и твэлов в решетке;
г) повышение надежности решетки, имеющей ячейки или гнезда без дистанционирующих выступов и предназначенных для установки цилиндрических центральных ячеек или установки труб под выгорающие поглотители или труб под стержни системы управления и защиты ядерного реактора.

Указанные выше дополнительные задачи решаются за счет введения в пп. 2 - 5 формулы изобретения дополнительных отличительных признаков.

Указанная выше дополнительная задача по повышению надежности решетки за счет увеличения усилия подпружинивания, действующее на твэлы со стороны подвижных поверхностей пружинящих элементов, решается за счет того, что на подвижной дистанционирующей поверхности в районе стыка выполнен по крайней мере один уступ, которым она может опираться или опирается на грань ячейки или на опорную поверхность пружинящего элемента, причем подвижная дистанционная поверхность имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки за счет деформации в районе уступа. Эти дополнительные отличительные признаки приведены в п. 2 формулы изобретения. Авторы при этом отмечают, что высота уступа на подвижной дистанционирующей поверхности может быть либо меньше, либо равна высоте подвижной дистанционирующей поверхности, причем на подвижной дистанционирующей поверхности может быть выполнено несколько уступов, например один уступ в верхней части подвижной дистанционирующей поверхности, а другой уступ в нижней части подвижной дистанционирующей поверхности.

Указанная выше дополнительная задача по повышению надежности решетки за счет предотвращения остаточной деформации подвижных дистанционирующих поверхностей пружинящих элементов при транспортировке ТВС или при сборке ТВС решается за счет того, что между опорными поверхностями отдельного пружинящего элемента наряду с подвижной дистанционной поверхностью размещена по крайней мере одна неподвижная дистанционирующая поверхность, причем подвижная дистанционирующая поверхность выступает над неподвижной дистанционирующей поверхностью, т.е. подвижная дистанционирующая поверхность расположена ближе к центру ячейки. Эти дополнительные отличительные признаки приведены в п. 3 формулы изобретения. Кроме указанной выше задачи, при этом дополнительно решается задача по исключению смещения твэлов в ячейках от номинального положения сверх допустимой величины, так как смещение твэлов от номинального положения сверх допустимой величины ограничивается неподвижными дистанционирующими поверхностями пружинящих элементов.

Указанная выше дополнительная задача по повышению надежности решетки за счет более точного обеспечения установленного или расчетного шага ячеек и твэлов в решетке решается за счет того, что в одной ячейке наряду с отдельным пружинящим элементом размещен по крайней мере один отдельный неподвижный дистанционирующий выступ, выполненный преимущественно из материала, одинакового с материалом отдельного пружинящего элемента, причем неподвижный дистанионирующий выступ выполнен в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки который выступают над гранями ячеек, и расположенной между ними неподвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, жестко связанной с опорными поверхностями и обращенной выпуклостью к центру ячейки, причем опорные поверхности неподвижного дистанционирующего выступа закреплены от смещения в углу ячейки путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этой ячейке к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках. Эти дополнительные отличительные признаки приведены в п. 4 формулы изобретения.

Указанная выше дополнительная задача по повышению надежности решетки, имеющей ячейки или гнезда без дистанционирующих выступов и предназначенных для установки цилиндрических центральных ячеек или для установки труб под выгорающие поглотители или труб под стержни системы управления и защиты ядерного реактора, решается за счет того, что в углах ячеек или гнезд, не имеющих дистанционирующих выступов, но смежных с углами ячеек с установленными в них пружинящими элементами или неподвижными дистанционирующими выступами, размещены крепежные детали, выполненные в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, причем крепежные детали выполнены из материала, преимущественно одинакового с материалом пружинящих элементов, а опорные поверхности крепежных деталей закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этих ячейках к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках. Эти дополнительные отличительные признаки приведены в п. 5 формулы изобретения.

Авторы разъясняют, что под признаком "многогранные ячейки", приведенном в ограничительной части формулы изобретения, следует понимать ячейки в виде многогранников, каждый из которых образован сплошными гранями или гранями с разрезом, выполненными либо из сплошной трубчатой заготовки, либо из одной из нескольких лент, свернутых в виде многогранников для выполнения в виде гофрированных полос, которые примыкают одна к одной или пересекаются между собой. Таким образом, авторами предложено универсальное решение технической задачи по обеспечению эффективного подпружинивания твэлов, пригодное для любых типов многогранных ячеек и решеток.

Авторы разъясняют также, что под признаком, приведенным в ограничительной части формулы изобретения и касающимся того, что дистанционирующий выступ изготовлен из другого материала по сравнению с материалом граней, следует понимать любые различия, которые влияют на технологичность решеток, надежность решеток, физическую эффективность решеток, ТВС и ядерного реактора в целом, также на решение указанных выше основных и дополнительных задач, например либо различие в химическом составе материалов, либо различие в качественном составе ингредиентов, имеющихся в материалах, либо различие в количественном содержании ингредиентов, имеющихся в материалах, либо различие в химических свойствах материалов, либо различие в физических свойствах материалов, либо различие в механических свойствах материалов, либо различие в структуре материалов или ингредиентов, имеющихся в материалах, либо различие в наружном покрытии или в качестве наружной поверхности материалов, либо различие в сортаменте материалов, например различие в толщине, ширине или высоте и т.д. (последнее выполняется в заявленной решетке всегда).

Авторы отмечают, что преимущественно в каждой из ячеек заявленной решетки с дистанционирующими выступами установлен, как правило, один пружинящий элемент и несколько, например два, жестких, т.е. неподвижных дистанционирующих выступа, размещенных в углах ячеек. При этом жесткие, т.е. неподвижные дистанционирующие выступы, могут быть изготовлены либо в виде отдельных, устанавливаемых в углах ячеек дистанционирующих выступов из материала, одинакового с материалом пружинящих элементов, либо в виде выступов, являющихся частью смежных граней ячеек и выполненных из материала, одинакового с материалом этих граней. В общем случае при таком соотношении количества пружинящих элементов и неподвижных дистанционирующих выступов в одной ячейке одновременно достигаются наилучшие результаты и по дистанционированию твэлов, и по предупреждению вибрации твэлов в процессе эксплуатации. При определенных условиях в зависимости от конструкции ТВС в целом и от условий ее эксплуатации в ядерном реакторе в каждой из ячеек решетки может быть установлено либо несколько пружинящих элементов и несколько жестких, т.е. неподвижных, дистанционирующих выступов, либо несколько пружинящих элементов и ни одного жесткого, т.е. неподвижного, дистанционирующего выступа. С увеличением количества пружинящих элементов в каждой из ячеек улучшаются условия эксплуатации твэлов в связи с улучшением подпружинивания твэлов в ячейках, повышаются шансы избежать вибрации твэлов в ячейках и истирания оболочек о дистанционирующие выступы. Однако если пружинящие элементы в своем составе не имеют неподвижных поверхностей по п. 3 формулы изобретения, то при увеличении количества пружинящих элементов в одной ячейке повышается вероятность смещения твэлов в ячейке от номинального, т.е. расчетного, положения из-за разных усилий подпружинивания со стороны разных пружинящих элементов (добиться абсолютно одинаковых усилий подпружинивания со стороны разных пружинящих элементов в одной ячейке затруднительно, так как имеются колебания по толщине заготовок, по величине механических свойств, по форме и размерам). Смещение твэлов в ячейках от номинального положения допустимо только в определенных пределах, так как оно может привести к перегреву твэлов сверх расчетной величины. В связи с изложенным ясно, что количество пружинящих элементов в одной ячейке выбирается конструктором в зависимости от конкретной конструкции пружинящих элементов, решетки, ТВС и от конкретных условий эксплуатации ТВС.

Авторы обращают внимание на то, что конструкция решетки по п. 3 формулы изобретения с пружинящими элементами, имеющими в своем составе неподвижные дистанционирующие поверхности, практически лишена указанных выше недостатков в части смещения твэлов в ячейках от номинального положения сверх допустимой величины, так как смещение твэлов от номинального положения сверх допустимой величины ограничивается неподвижными дистационирующими поверхностями пружинящих элементов.

Ниже приведен анализ причинно-следственных связей между основными существенными отличительными признаками заявленного устройства и достигаемым техническим результатом.

Причинно-следственная связь между основными существенными отличительными признаками, касающимися того, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигается техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки и ТВС при транспортных операциях с ТВС, а также в снижении материалоемкости решетки путем уменьшения толщины стенок граней за счет увеличения общей прочности и жесткости решетки в целом, заключается в том, что конструкция пружинящих элементов в целом и их закрепление в ячейках решетки выполнены таким образом, что грани ячеек выполнены в отличие от прототипа сплошными, без каких-либо прорезей или отверстий, т.е. не ослабленными по сравнению с гранями ячеек в прототипе, кроме того, сами пружинящие элементы придают решетке по сравнению с прототипом дополнительную прочность и жесткость за счет опорных поверхностей пружинящих элементов, установленных в углах ячеек и сваренных или спаянных между собой.

Причинно-следственная связь между основными существенными отличительными признаками, касающимися того, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигаемым техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет увеличения усилия подпружинивания со стороны отдельных пружинящих элементов на твэлы в ТВС, заключается в том, что конструкция пружинящих элементов в целом и их закрепление в ячейках решетки в отличие от прототипа выполнены таким образом, что высота дистонционирующей поверхности увеличена по сравнению с прототипом и может быть выполнена равной высоте граней ячеек. При этом следует иметь в виду также то, что конструкция пружинящего элемента в отличие от прототипа такова, что позволяет путем введения дополнительных признаков еще более увеличить усилия подпружинивания.

Причинно-следственная связь между основными существенными отличительными признаками, касающимися того, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей, и достигаемым техническим результатом, состоящем в повышении надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет обеспечения одинакового (в пределах расчетного допуска) расстояния между твэлами в ТВС и за счет обеспечения одинакового (в пределах расчетного допуска) усилия подпружинивания твэлов в смежных ячейках, заключается в том, что конструкция пружинящих элементов в целом и их закрепление в ячейках решетки выполнены в отличие от прототипа таким образом, что смещение или деформация дистанционирующей поверхности в одной из ячеек не приводит к смещению или деформации дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках.

Причинно-следственная связь между основными существенными отличительными признаками, касающимися того, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигается техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки и ТВС в процессе эксплуатации за счет дополнительного крепления ячеек в решетке опорными поверхностями пружинящих элементов, заключается в том, что в случае, когда вследствие коррозии или вибрации разрушатся сварные точки, которыми скреплены ячейки между собой, эти ячейки будут удерживаться от смещения за счет опорных поверхностей пружинящих элементов, установленных в углах этих ячеек и сваренных или спаянных между собой.

Причинно-следственная связь между основными существенными отличительными признаками, касающимися того, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистационирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигаемым техническим результатом, состоящем в улучшении технологичности решетки в процессе изготовления за счет упрощения ее конструкции, заключается в том, что конструкция пружинящих элементов в целом и их закрепление в ячейках решетки выполнены в отличие от прототипа таким образом, что могут быть автоматизированы следующие технологические процессы:
процесс изготовления отдельных ячеек;
процесс сборки решетки из отдельных ячеек;
процесс сварки или пайки ячеек между собой;
процесс изготовления отдельных пружинящих элементов, а также отдельных неподвижных дистанционирующих выступов или крепежных деталей;
процесс установки в ячейки отдельных пружинящих элементов, а также отдельных неподвижных дистанционирующих выступов или крепежных деталей;
процесс сварки или пайки отдельных пружинящих элементов между собой, а также отдельных неподвижных дистанционирующих выступов или крепежных деталей.

Ниже приведен анализ причинно-следственных связей между дополнительными отличительными признаками заявленного устройства и достигаемым техническим результатом.

Причинно-следственная связь между дополнительными отличительными признаками, касающимися того, что на подвижной дистанционирующей поверхности в районе стыка выполнен по крайней мере один уступ, которым она может опираться или опирается на грань ячейки или на опорную поверхность пружинящего элемента, причем подвижная дистационирующая поверхность имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки за счет деформации в районе уступа, и достигаемым техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки за счет увеличения усилия подпружинивания, действующее на твэлы со стороны подвижных поверхностей пружинящих элементов, заключается в том, что для смещения такой дистанционирующей поверхности необходимо увеличить усилие, так как при этом дополнительно деформируется уступ, выполненный на дистанционирующей поверхности в районе стыка. При отсутствии в конструкции пружинящего элемента уступа, выполненного на подвижной дистанционирующей поверхности в районе стыка, пришлось бы в случае необходимости увеличить усилие подпружинивания в процессе эксплуатации, увеличить либо высоту пружинящего элемента (и высоту граней ячеек), либо толщину заготовки пружинящего элемента, что увеличивает массу решетки и отрицательно влияет на физические характеристики ядерного реактора. При этом авторы отмечают, что наличие одного или нескольких уступов, суммарная высота которых меньше высоты подвижной дистанционирующей поверхности, позволяет дозированно, т. е. в нужной степени, увеличивать усилие подпружинивания твэла со стороны подвижной дистанционирующей поверхности.

Причинно-следственная связь между дополнительными отличительными признаками, касающимися того, что между опорными поверхностями отдельного пружинящего элемента наряду с подвижной дистанционирующей поверхностью размещена по крайней мере одна дистанционирующая поверхность, причем подвижная дистанционирующая поверхность выступает над неподвижной дистанционирующей поверхностью, т.е. подвижная дистанионирующая поверхность расположена ближе к центру ячейки, и достигаемым техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки за счет предотвращения остаточной деформации подвижных дистанционирующих поверхностей пружинящих элементов при транспортировке ТВС или при сборке ТВС, заключается в том, что непосредственная дистанционирующая поверхность предотвращает такое смещение твэла при транспортировке или при сборке ТВС, которое могло бы вызвать или вызывает остаточную деформацию подвижной дистанционирующей поверхности и приводит к потере ею подпружинивающего эффекта. При отсутствии в конструкции пружинящего элемента неподвижной дистанционирующей поверхности пришлось бы в случае достаточно тяжелых твэлов и достаточно больших ускорений при транспортировке ТВС или каких-либо отклонений от прямолинейности твэлов и прямолинейного расположения ячеек при сборке ТВС увеличить усилие подпружинивания сверх того, которое необходимо для эксплуатации решетки и ТВС, что не всегда возможно, так как требует изменений в целом ряде деталей, и не всегда целесообразно, так как такие изменения могут отрицательно влиять на другие параметры решетки и ТВС.

Причинно-следственная связь между дополнительными отличительными признаками, касающимися того, что в одной ячейке наряду с отдельным пружинящим элементом размещен по крайней мере один отдельный неподвижный дистанционирующий выступ, выполненный преимущественно из материала, одинакового с материалом отдельного пружинящего элемента, причем неподвижный дистанционирующий выступ выполнен в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и расположенной между ними неподвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, жестко связанной с опорными поверхностями и обращенной выпуклостью к центру ячейки, причем опорные поверхности неподвижного дистанционирующего выступа закреплены от смещения в углу ячейки путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этой ячейке к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигаемым техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки за счет более точного обеспечения установленного или расчетного шага ячеек и твэлов в решетке, заключается в том, что в этом случае твэлы в каждой из ячеек прижимаются одним пружинящим элементом к нескольким, например двум, неподвижным дистанционирующим выступам, занимающим в ячейках определенное фиксированное положение, что обеспечивает установленный шаг, причем в этом случае обеспечивается возможность сварки или пайки выступающих участков опорных поверхностей пружинящих элементов, расположенных в смежных ячейках, с аналогичными участками поверхностей, выполненных из того же материала, но принадлежащих неподвижным дистанционирующим выступам. При отсутствии в конструкции решетки неподвижных дистанционирующих выступов пришлось бы в одной отдельной ячейке выполнять несколько пружинящих элементов для обеспечения сварки выступающих участков опорных поверхностей в смежных ячейках, например, два пружинящих элемента, что не всегда полезно, так как может привести к нарушению установленного или расчетного шага твэлов в ТВС.

Причинно-следственная связь между дополнительными отличительными признаками, касающимися того, что в углах ячеек или гнезд, не имеющих дистанционирующих выступов, но смежных с углами ячеек с установленными в них пружинящими элементами или неподвижными дистанционирующими выступами, размещены крепежные детали, выполненные в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, причем крепежные детали выполнены из материала, преимущественно одинакового с материалом пружинящих элементов, а опорные поверхности крепежных деталей закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этих ячейках к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках, и достигаемым техническим результатом, состоящим в повышении надежности решетки, имеющей ячейки или гнезда без дистанционных выступов и предназначенных для установки цилиндрических центральных ячеек или для установки труб под выгорающие поглотители или труб под стержни системы управления и защиты ядерного реактора, заключается в том, что в этом случае обеспечивается надежное закрепление пружинящих элементов или неподвижных дистанционирующих выступов в смежных ячейках путем сварки или пайки выступающих участков их опорных поверхностей с аналогичными участками поверхностей, выполненных из того же материала, но принадлежащих крепежным деталям. При отсутствии в конструкции решетки крепежных деталей пришлось бы некоторые участки выступающих опорных поверхностей, принадлежащим пружинящим элементам или неподвижным дистанционирующим выступам, оставить незакрепленными, т.е. оставить без сварки или пайки, что снизило бы надежность решетки и ТВС в целом.

Заявленная дистационирующая решетка ТВС ядерного реактора поясняется чертежами на фиг. 1 18.

На фиг. 1 изображен общий вид заявленной решетки. Решетка имеет шестигранную форму, содержит шестигранные ячейки 1, пятигранные ячейки 2, отдельные пружинящие элементы 3, отдельные неподвижные дистанционирующие выступы 4, цилиндрическую центральную ячейку 5, обод 6. Существенные признаки решетки приведены в п. 1 формулы изобретения.

В общем случае решетка может быть изготовлена без обода и цилиндрической центральной ячейки и иметь любую форму, например цилиндрическую. Ячейки прикреплены одна к одной, а также к ободу в районе граней с помощью контактной точечной сварки или другим способом, например с помощью пайки. Ячейки могут иметь другую форму, например четырехгранную. Отдельные пружинящие элементы 3 и отдельные неподвижные дистанционирующие выступы 4 в каждой из ячеек прикреплены точечной контактной сваркой или другим способом, например пайкой, к аналогичным пружинящим элементам к дистанционирующим выступам в смежных ячейках (фиг. 3 5). В одной ячейке могут быть установлены только отдельные пружинящие элементы, например отдельные пружинящие элементы 7 (фиг. 9, 17, 18). Решетка может содержать ячейки или гнезда без дистанционирующих выступов, предназначенные для установки труб под выгорающие поглотители или труб под стержни системы управления и защиты ядерного реактора (фиг. 16).

В каждой из шестигранной ячеек 1 имеется один жесткий выступ, изготовленный заодно с гранями ячейки и, естественно, из материала, одинакового с материалом граней, один отдельный пружинящий элемент 3 и один отдельный неподвижный дистационирующий выступ 4, которые установлены в углах ячейки и изготовлены из другого материала, по сравнению с материалом граней (фиг. 2, 6 8). Грани ячеек выполнены сплошными, т.е. ячейки выполнены из трубчатых заготовок. В общем случае ячейки могут иметь на гранях разрезы или стыки, т.е. ячейки могут быть выполнены (свернуты) из ленточных заготовок. Ячейки могут быть образованы также при соединении или при пересечении между собой гофрированных или плоских лент (фиг. 17, 18).

В каждой из пятигранных ячеек 2 имеется два жестких дистанционирующих выступа, изготовленных заодно с гранями ячейки и, естественно, из материала, одинакового с материалом граней, и один отдельный пружинящий элемент 3, установленный в углу ячейки и изготовленный из другого материала по сравнению с материалом граней (фиг. 2, 6, 7). В общем случае ячейки могут иметь на гранях разрезы или стыки, т.е. ячейки могут быть выполнены (свернуты) из ленточных заготовок. Ячейки могут быть образованы также при соединении или при пересечении между собой гофрированных или плоских лент (фиг. 17, 18).

В состав отдельного пружинящего элемента 3 входит подвижная дистанционирующая поверхность (фиг. 7), подпружинивающая твэл, который устанавливается в шестигранную ячейку 1 или в пятигранную ячейку 2 решетки при сборке ТВС.

В состав отдельного неподвижного дистанционирующего выступа 4 входит неподвижная поверхность (фиг. 8), фиксирующая положение твэла, который устанавливается в шестигранную ячейку 1 или в пятигранную ячейку 2 при сборке ТВС.

В шестигранных ячейках 1 и пятигранных ячейках 2 жесткие дистанционирующие выступы, являющиеся непосредственно составной частью граней ячеек, отдельные неподвижные дистанционирующие выступы 4 и отдельные пружинящие элементы 3 образуют отверстия с величиной вписанного диаметра D. В эти отверстия в дальнейшем, при сборке ТВС, устанавливаются твэлы. С целью эффективного подпружинивания твэлов в решетке со стороны отдельных пружинящих элементов 3 для предупреждения вибрации в процессе эксплуатации наружный диаметр твэлов должен быть больше вписанного диаметра D.

В качестве материала граней ячеек может быть выбран сплав циркония с 1% ниобия, что обеспечит высокую физическую эффективность, прочность, жесткость и коррозионную стойкость решетки. В качестве материала отдельного пружинящего элемента 3 и отдельного неподвижного дистанционирующего выступа 4 может быть выбран коррозионностойкий сплав на основе никеля и хрома с высокими механическими свойствами, например сплав 36НХТЮМ по ГОСТ 14117-69, что обеспечит высокую эффективность подпружинивания твэлов в ТВС со стороны отдельных пружинящих элементов 3.

На фиг. 2 изображен фрагмент дистанционирующей решетки, состоящий из двух шестигранных ячеек 1, одной пятигранной ячейки 2, двух отдельных пружинящих элементов 3, одного отдельного неподвижного дистанционирующего выступа 4. В ячейках 1 и 2 образованы отверстия с вписанным диаметром D, предназначенные для установки твэлов. При установке твэлов с наружным диаметром, большим, чем диаметр D, подвижные поверхности пружинящих элементов 3 отжимаются от центра ячеек за счет увеличения размера R, при этом происходит подпружинивание твэлов в ячейках дистанционирующей решетки.

На фиг. 3 изображено поперечное сечение А-А фрагмента дистанционирующей решетки, состоящей из трех ячеек, которые изображены на фиг. 2. Полная высота К отдельного пружинящего элемента 3 (и отдельного дистанционирующего выступа 4) больше, чем высота H граней ячеек 1 и 2. Опорные поверхности отдельного пружинящего элемента 3 (и отдельного дистанционирующего выступа 4) выступают над гранями ячеек на длине P. Выступающие на длине P участки опорных поверхностей отогнуты до соприкосновения и прикреплены один к одному точечной контактной сваркой. Прикрепление опорных поверхностей может быть осуществлено также путем сварки плавлением, например путем сварки лазером по торцам этих опорных поверхностей или путем пайки.

На фиг. 4 изображено поперечное сечение Б-Б фрагмента дистанционирующей решетки, состоящего из трех ячеек, которые изображены на фиг. 2 и 3. Три опорные поверхности двух отдельных пружинящих элементов 3 и одного отдельного неподвижного дистанционирующего выступа 4 прилегают один к одному и сварены между собой в трех местах точечной контактной сваркой.

На фиг. 5 изображено поперечное сечение В-В фрагмента дистанционирующей решетки, состоящего из трех ячеек, которые изображены на фиг. 2 и 3. В сечении видны грани ячеек, отдельные пружинящие элементы 3 и отдельные неподвижные дистанционирующие выступы 4.

На фиг. 6 изображен фрагмент дистанционирующей решетки, состоящий из двух шестигранных ячеек 1 и одной пятигранной ячейки 2. На этой фигуре ячейки изображены без пружинящих элементов и отдельных неподвижных дистанционирующих выступов. В каждой из шестигранных ячеек 1 имеется по одному жесткому дистанционирующему выступу, выполненному заодно с гранями ячеек. В пятигранной ячейке 2 имеется два жестких дистанционирующих выступа, выполненных заодно с гранями ячейки.

На фиг. 7 изображен отдельный пружинящий элемент 3. Две опорные плоские поверхности C и F расположены под углом друг к другу и жестко связаны между собой. Между двумя опорными поверхностями C и F расположена подвижная кривая (в данном случае цилиндрическая) поверхность Е. Эта подвижная поверхность E жестко связана с опорной поверхностью C, а от другой поверхности F отделена зазором (стыком) S, имеет возможность перемещаться в ячейке в радиальном направлении (фиг. 2) и подпружинивать твэл. Длина L подвижной поверхности E равна или меньше длины М участка опорных поверхностей, которая в свою очередь равна или больше высоты граней ячейки H (фиг. 3). Полная длина К отдельного пружинящего элемента больше высоты граней ячеек H (фиг. 3). Участки опорных поверхностей С и F на длине P выступают над гранями ячеек и отогнуты на величину X для того, чтобы обеспечить прилегание к аналогичным участкам других отдельных пружинящих элементов или отдельных неподвижных дистанционирующих выступов в смежных ячейках (фиг. 2 4), что улучшает технологичность конструкции по процессу сварки или пайки. На торцах поверхности E могут быть заходные фаски. Существенные признаки отдельного пружинящего элемента 3 приведены в п. 1 формулы изобретения.

На фиг. 8 изображен отдельный неподвижный дистанционирующий выступ 4. Две опорные плоские поверхности C и F расположены под углом друг к другу и разделены между собой зазором (стыком). Между двумя опорными поверхностями С и F расположена кривая (в данном случае цилиндрическая) неподвижная дистанционирующая поверхность G, жестко связанная с двумя опорными поверхностями C и F. Длина L неподвижной дистанционирующей поверхности G равна или меньше длины М участка опорных поверхностей, которая в свою очередь равна или больше высоты граней ячеек H (фиг. 3). Участки опорных поверхностей С и F на длине P выступают над гранями ячеек и отогнуты на величину X для того, чтобы обеспечить прилегание к аналогичным участкам других отдельных неподвижных дистанционирующих выступов или отдельных пружинящих элементов в смежных ячейках (фиг. 2 4), что улучшает технологичность конструкции по процессу сварки или пайки. На торцах поверхности G могут быть заходные фаски. Существенные признаки неподвижного дистанционирующего выступа 4 приведены в п. 4 формулы изобретения.

На фиг. 9 изображен отдельный пружинящий элемент 7. Две опорные плоские поверхности C и F расположены под углом друг к другу и разделены между собой зазором (стыком). Между двумя опорными поверхностями C и F на участке длиной W размещена подвижная дистанционирующая поверхность E, на двух других участках длиной V размещены две неподвижные дистанционирующие поверхности G, причем подвижная дистанционирующая поверхность E выступает над неподвижными дистанционирующими поверхностями G, т.е. подвижная дистанционирующая поверхность E расположена ближе к центру ячейки (фиг. 16). Подвижная дистанционирующая поверхность E выполнена в виде кривой поверхности и жестко связана с одной опорной поверхностью С, а от другой опорной поверхности F отделена зазором (стыком) S и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении и подпружинивать твэл (фиг. 16). Неподвижные дистанционирующие поверхности G выполнены в виде кривых поверхностей, жестко связаны с двумя опорными поверхностями С и F и имеют возможность ограничивать перемещение твэла в радиальном направлении, а также принимать поперечные нагрузки от воздействия твэла при транспортировке ТВС, что предохраняет подвижную поверхность E от остаточных деформаций (фиг. 16). Участки опорных поверхностей C и F на длине P выступают над гранями ячеек и отогнуты на величину X для того, чтобы обеспечить прилегание к аналогичным участкам других отдельных неподвижных дистанционирующих выступов или отдельных пружинящих элементов в смежных ячейках (фиг. 2 4), что улучшает технологичность конструкции по процессу сварки или пайки. Существенные признаки этого отдельного пружинящего элемента 7 приведены в п. 3 формулы изобретения.

На фиг. 10 изображен отдельный пружинящий элемент, аналогичный отдельному пружинящему элементу, изображенному на фиг. 7, но отличающийся тем, что на подвижной дистанционирующей поверхности E в районе стыка S выполнен один уступ А, которым она может опираться на опорную поверхность F пружинящего элемента, причем подвижная дистанционирующая поверхность E имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки за счет деформации в районе уступа А. Уступ А выполнен в форме уголка. В принципе форма уступа может быть любой. Существенные признаки этого отдельного пружинящего элемента приведены в п. 2 формулы изобретения.

На фиг. 11 изображен отдельный пружинящий элемент, аналогичный отдельному пружинящему элементу, изображенному на фиг. 7, но отличающийся тем, что на подвижной дистанционирующей поверхности E в районе стыка S выполнен один уступ В, которым она может опираться на опорную поверхность F пружинящего элемента, причем подвижная дистанционирующая поверхность E имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки за счет деформации в районе уступа В. Уступ В выполнен в форме окружности. В принципе форма уступа может быть любой. Существенные признаки этого отдельного пружинящего элемента приведены в п. 2 формулы изобретения.

На фиг. 12 изображена крепежная деталь 8, выполненная в виде двух расположенных под углом друг к другу опорных плоских поверхностей C и F, концевые участки которых на длине P выступают над гранями ячеек высотой H. Длина участка М опорных поверхностей равна или больше высоты H граней ячеек. Общая высота К крепежной детали 8 равна высоте К отдельного пружинящего элемента или отдельного неподвижного дистанционирующего выступа. Крепежная деталь выполнена из материала, одинакового с материалом отдельных пружинящих элементов и отдельных неподвижных дистанционирующих выступов. Опорные поверхности С и F крепежной детали 8 на длине P отогнуты на величину X для того, чтобы обеспечить прилегание этих поверхностей к аналогичным поверхностям отдельных пружинящих элементов или отдельных неподвижных дистанционирующих выступов в смежных ячейках, что повышает технологичность по процессу сварки или пайки. Существенные признаки этой крепежной детали приведены в п. 5 формулы изобретения.

На фиг. 13 изображен отдельный пружинящий элемент, содержащий подвижную поверхность E и аналогичный отдельному пружинящему элементу, изображенному на фиг. 7, но отличающийся тем, что в месте соединения двух опорных поверхностей C и F на двух участках длиной Y, которая равна или больше, чем длина выступающих над гранями концевых участков P, выполнены прорези или пазы шириной Z. Наличие этих прорезей или пазов Z повышает технологичность по процессу отгиба опорных поверхностей C и F на величину X. Существенные признаки этого пружинящего элемента, за исключением признаков, касающихся прорезей или пазов, приведены в п. 1 формулы изобретения.

С аналогичными прорезями или пазами Z могут быть выполнены отдельные пружинящие элементы с уступом на подвижной поверхности и крепежные детали 8.

На фиг. 14 изображен отдельный пружинящий элемент, содержащий подвижную поверхность E, прорезь или паз Z между опорными поверхностями C и F на длине Y и аналогичный отдельному пружинящему элементу, изображенному на фиг. 13, но отличающийся тем, что опорные поверхности выполнены гладкими (без отгибов) по всей их высоте. Такая конструкция отдельного пружинящего элемента более технологична по процессу гибки и может быть применена в том случае, если толщина материала такова, что позволяет выполнить отгибы в процессе контактной точечной сварки с помощью электродов, за исключением признаков, касающихся прорезей или пазов, а также гладких (без отгибов) опорных поверхностей, приведены в п. 1 формулы изобретения.

С аналогичными гладкими (без отгибов) опорными поверхностями и прорезями или пазами Z могут быть выполнены отдельные пружинящие элементы с уступом на подвижной поверхности и крепежные детали 8.

На фиг. 15 изображена крепежная деталь 8, содержащая гладкие (без отгибов) опорные поверхности C и F. Между опорными поверхностями на длине Y выполнен паз величиной Z. Такая конструкция крепежной детали более технологична по процессу гибки и может быть применена в том случае, если толщина материала такова, что позволяет выполнить отгибы в процессе контактной точечной сварки с помощью электродов. Существенные признаки этой крепежной детали, за исключением признаков, касающихся прорезей или пазов, а также гладких (без отгибов) опорных поверхностей, приведены в п. 5 формулы изобретения.

На фиг. 16 изображен фрагмент дистационирующей решетки, состоящей из шестигранных ячеек 1, отдельных пружинящих элементов 7 и крепежных деталей 8. Внутри каждой из ячеек двумя отдельными пружинящими элементами 7 и одним жестким неподвижным дистанционирующим выступом образованы отверстия с диаметром вписанной окружности D, предназначенные для установки твэлов. Шесть ячеек образуют в центре одно гнездо без дистанционирующих выступов, предназначенное для установки трубы под стержень управления и защиты ядерного реактора. Внутри этого гнезда размещены крепежные детали 8, которые прикреплены к отдельным пружинящим элементам 7 в смежных ячейках 1.

На фиг. 17 изображен фрагмент дистанционирующей решетки, содержащей гофрированные полосы 9 и отдельные пружинящие элементы 3. Ячейки (гнезда) имеют шестигранную форму и образованы при соединении и скреплении сваркой или пайкой гофрированных полос. Внутри ячеек (гнезд) установлены и сварены или спаяны между собой отдельные пружинящие элементы 3, которые образуют отверстия с диаметром вписанной окружности D, предназначенные для установки твэлов.

На фиг. 18 изображен фрагмент дистанционирующей решетки, содержащей плоские полосы 10 и отдельные пружинящие элементы 3. Ячейки (гнезда) образованы при пересечении между собой плоских полос 10 и имеют четырехгранную форму. Внутри ячеек (гнезд) установлены и сварены или спаяны между собой отдельные пружинящие элементы 3, которые образуют отверстия с диаметром вписанной окружности D, предназначенные для установки твэлов.

Заявленное решение подробно описано проиллюстрировано. Авторы считают, что этой информации вполне достаточно для разработки рабочей конструкторской документации на дистанционирующую решетку для конкретной ТВС конкретного ядерного реактора. Возможность изготовления заявленных дистанционирующих решеток с отдельными пружинящими элементами у авторов не вызывает сомнений. При этом авторы считают, что изготовление отдельных пружинящих элементов можно осуществить на кулачковых штамповочно-гибочных автоматах отечественного производства.

В связи с изложенным можно считать, что заявленное решение промышленно применимо.

Ожидаемый экономический эффект от применения заявленного решения при изготовлении ячеек из циркониевого сплава, а отдельных пружинящих элементов из нержавеющей стали или сплава на основе никеля и хрома зависит от улучшения нейтронно-физических характеристик ТВС и ядерного реактора в целом. Применительно к ядерным реакторам ВВЭР-1000 нейтронно-физические характеристики улучшаются на 3% Это означает, что длительность эксплуатации ядерного реактора без замены ТВС возрастает на 3% За это время одна АЭС дополнительно выработает электроэнергии более чем на несколько миллионов рублей.

Для внедрения заявленного решения необходимо провести соответствующую конструкторскую и технологическую подготовку производства, изготовить и испытать опытную партию ТВС с заявленными дистанционирующими решетками.

Сущность изобретения: в углах ячеек решетки установлены отдельные пружинящие элементы, которые изготовлены из другого материала по сравнению с материалом граней ячеек. Элементы выполнены в виде двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, которая может перемещаться в радиальном направлении независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках. Выступающие над гранями концевые участки опорных поверхностей в смежных ячейках приварены друг к другу. 4 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, содержащая многогранные ячейки, хотя бы часть из которых имеет дистанционирующие выступы, которые выполнены в виде отдельных пружинящих элементов, установленных в углах ячеек и изготовленных из другого материала по сравнению с материалом граней ячеек, отличающаяся тем, что пружинящие элементы выполнены в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и размещенной между ними подвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, обращенной выпуклостью к центру ячейки, которая отделена от одной из опорных поверхностей стыком и имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки независимо от дистанционирующих поверхностей в смежных ячейках, причем опорные поверхности пружинящих элементов закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в одной из ячеек к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках. 2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что на подвижной дистанционирующей поверхности в районе стыка выполнен по крайней мере один уступ, которым она может опираться или опирается на грань ячейки или на опорную поверхность пружинящего элемента, причем подвижная дистанционирующая поверхность имеет возможность перемещаться в радиальном направлении относительно центра ячейки за счет деформации в районе уступа. 2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что между опорными поверхностями отдельного пружинящего элемента наряду с подвижной дистанционирующей поверхностью размещена по крайней мере одна неподвижная дистанционирующая поверхность, причем подвижная дистанционирующая поверхность выступает над неподвижной дистанционирующей поверхностью, т.е. подвижная дистанционирующая поверхность расположена ближе к центру ячейки. 4. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что в одной ячейке наряду с отдельным пружинящим элементом размещен по крайней мере один отдельный неподвижный дистанционирующий выступ, выполненный из материала, преимущественно, одинакового с материалом отдельного пружиняющего элемента, причем неподвижный дистанционирующий выступ выполнен в виде по крайней мере двух расположенных под углом к друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, и расположенной между ними неподвижной дистанционирующей, преимущественно кривой поверхности, жестко связанной с опорными поверхностями и обращенной выпуклостью к центру ячейки, причем опорные поверхности неподвижного дистанционирующего выступа закреплены от смещения в углу ячейки путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этой ячейке к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках. 5. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что в углах ячеек или гнезд, не имеющих дистанционирующих выступов, но смежных с углами ячеек с установленными в них пружинящими элементами или неподвижными дистанционирующими выступами, размещены крепежные детали, выполненные в виде по крайней мере двух расположенных под углом друг к другу опорных, преимущественно плоских поверхностей, концевые участки которых выступают над гранями ячеек, причем крепежные детали выполнены из материала, преимущественно одинакового с материалом пружинящих элементов, а опорные поверхности крепежных деталей закреплены от смещения в углах ячеек путем приварки или пайки выступающих над гранями концевых участков опорных поверхностей в этих ячейках к аналогичным участкам поверхностей в смежных ячейках.