ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C3/30 G21C3/06 

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к тепловыделяющим сборкам энергетических ядерных реакторов.

Известна конструкция тепловыделяющей сборки ядерного энергетического реактора [1] содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по длине сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные наружным гексагональным чехлом.

Наличие чехла обеспечивает необходимую прочность и жесткость тепловыделяющей сборке, однако он вносит "паразитный" металл в активную зону и увеличивает линейную тепловую нагрузку тепловыделяющих элементов за счет вынужденного увеличения шага между тепловыделяющими сборками (остается меньше тепловыделяющих элементов в единице объема активной зоны), и увеличивает неравномерность энерговыделения по тепловыделяющей сборке.

Известна конструкция тепловыделяющей сборки [2] у которой наружный чехол имеет отверстия, расположенные по всей высоте и ширине грани чехла или окна по высоте грани чехла.

Наличие отверстий или окон в гранях чехла уменьшает количество "паразитного" металла в активной зоне, однако не снижает линейную тепловую нагрузку тепловыделяющего элемента, а неравномерность энерговыделения по тепловыделяющей сборке даже возрастает.

Известна конструкция тепловыделяющей сборки ядерного реактора [3] содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по длине сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные направляющими каналами, проходящими через дистанционирующие решетки. Наружный чехол отсутствует. В направляющих каналах перемещаются стержни-поглотители. Шаг между тепловыделяющими сборками уменьшен, неравномерность тепловыделения по сборке и линейные нагрузки твэл уменьшены.

Указанная сборка более экономична, однако применение аналогичных сборок на энергоблоках с ВВЭР-1000 показало, что на третьем году эксплуатации обнаружилось искривление направляющих каналов и зависание рабочих органов системы этого является то, что тепловыделяющая сборка нагружена механически со стороны головной части для предотвращения ее всплытия в потоке движущегося снизу вверх теплоносителя. Кроме того, в процессе работы реактора появляется также термомеханическое нагружение конструкции ТВС от твэл и направляющих каналов через дистанционирующие решетки. Поэтому жесткость указанной конструкции тепловыделяющей сборки оказалось недостаточной, что снижает безопасность ядерного реактора.

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора [4] содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах сборки.

Недостатком конструкции является пониженная экономичность вследствие того, что массивные опорные элементы по периферии сборки приводят к необходимости удаления части периферийных твэл. Это увеличение также неравномерность энерговыделения по ТВС и увеличивает линейную тепловую нагрузку твэл.

Задачей изобретения является повышение безопасности ядерного реактора путем обеспечения жесткости тепловыделяющей сборки при сохранении экономичности, уменьшенной неравномерности по ТВС и уменьшенной величины линейной нагрузки твэл.

Решение задачи обеспечивается тем, что в известной тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах сборки, опорные элементы выполнены в виде установленных по высоте сборки от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки штампованных угловых пластин из циркониевого сплава, соединенных сваркой с дистанционирующими решетками и винтами с хвостовой частью.

На фиг. 1 изображен разрез предлагаемой тепловыделяющей сборки ядерного реактора;
на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 узел I на фиг. 1;
на фиг. 4 узел II на фиг. 1.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит гексагональный пучок тепловыделяющих элементов 1, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках 2 из циркониевого сплава. Головная 3 и хвостовая 4 части, изготовленные из нержавеющей стали, соединены направляющими каналами 5, изготовленными из циркониевого сплава, причем головная часть 3 подпружинена относительно каналов 5. В углах ТВС по ее высоте от хвостовой части 4 до верхней дистанционирующей решетки 2 установлены штампованные угловые пластины 6 из циркониевого сплава, обладающего радиационной стойкостью. Пластины 6 соединены сваркой с дистанционирующими решетками 2, а также винтами 7 с хвостовой частью 4. Винт 7 стопорится штифтом 8. Толщина обода дистанционирующей решетки уменьшена для размещения пластины 6. Таким образом, шаг между ТВС остается прежним.

Предлагаемая тепловыделяющая сборка работает следующим образом.

При работе реакторов тепловыделяющая сборка нагружается механически сверху в осевом направлении пружинами (не показаны) для предотвращения ее всплытия в потоке движущегося снизу вверх теплоносителя. Кроме того, при разогреве всей конструкции до рабочих температур появляется термомеханическое нагружение ТВС от твэл 1. Пластины 6 вместе с хвостовой частью 4 и дистанционирующими решетками 2 образуют жесткий каркас, препятствующий деформации сборки и, следовательно, направляющих каналов 5. Поглощающие стержни (не показаны) могут беспрепятственно перемещаться внутри направляющих каналов 5.

Таким образом, повышается безопасность ядерного реактора, экономичность топливного цикла.

Сущность: тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами. Опорные элементы установлены по высоте от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки и выполнены в виде штампованных угловых пластин из циркониевого сплава, и соединены сваркой с дистанционирующими решетками и винтами с хвостовой частью. 4 ил.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах сборки, отличающаяся тем, что опорные элементы выполнены в виде установленных по ее высоте от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки штампованных угловых пластин из циркониевого сплава, соединенных сваркой с дистанционирующими решетками и винтами с хвостовой частью.