ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C3/34 G21C3/348 

Изобретение относится к тепловыделяющему элементу ядерного реактора с расположенными с зазором друг от друга, рядом и параллельно друг другу стержнями, из которых по меньшей мере один является содержащим ядерное топливо тепловыделяющим стержнем, и которые проходят каждый соответственно через ячейку имеющего форму решетки дистанционирующего разделителя, а также со следующими признаками:
а) имеющий форму решетки разделитель имеет поставленные на ребро внешние стойки из листового металла, которые в ортогональной к этим стержням опорной плоскости образуют контур правильного шестиугольника внешних стоек,
b) имеющий форму решетки разделитель имеет внутренние ячейки, стенки ячеек которых образованы поставленными на ребро внутри этого контура стойками из листового металла,
c) углы контура ячеек всех внутренних ячеек имеющего форму решетки разделителя образуют в ортогональной к стержням опорной плоскости углы правильных шестиугольников внутренних стоек, которые все имеют одинаковую длину сторон,
d) имеющий форму решетки разделитель имеет внешние ячейки, которые содержат по меньшей мере одну образованную внешней стойкой стенку ячейки и две другие смыкающиеся с внешней стойкой на ее внутренней стороне, образованные каждая внутренней стойкой стенки ячейки.

Подобный тепловыделяющий элемент ядерного реактора является известным из вышеизложенной заявки ФРГ 34 01 630.

В случае этого известного тепловыделяющего элемента ядерного реактора внутренние стойки имеющего форму разделителя вытянуты в длину и имеют форму полос. Эти внутренние стойки на обоих концах соответственно закреплены на внутренней стороне внешней стойки. Стенки ячеек на этих внутренних стойках сформированы с помощью параллельных к этим стержням гибочных кромок. Соответственно каждые две из этих внутренних стоек плоско смыкаются друг с другом с образованием ячеек.

В основе изобретения лежит задача дальнейшего усовершенствования этого известного тепловыделяющего элемента ядерного реактора и достижения возможности очень малых допусков изготовления ячеек имеющего форму решетки разделителя.

Для решения этой задачи тепловыделяющий элемент ядерного реактора названного вначале типа отличается согласно изобретению тем, что первая внутренняя стойка, образующая стенку ячейки между первой и второй ячейкой, закреплена своей первой, параллельной к стержням боковой кромкой на параллельной стержням гибочной кромке, которая находится в углу правильного шестиугольника внутренних стоек между двумя другими, образованными второй внутренней стойкой стенками ячейки, из которых одна стенка ячейки придана первой, а другая стенка ячейки второй ячейке, что вторая параллельная к стержням боковая кромка первой внутренней стойки и обе параллельные к стержням боковые кромки второй внутренней стойки образуют группу трех боковых кромок, что две из трех боковых кромок из этой группы закреплены на параллельных к стержням, находящихся в углу правильного шестиугольника внутренних стоек боковых кромках двух других внутренних стоек и третья боковая кромка из этой группы прикреплена или к также параллельным стержням, находящимся в углу правильного шестиугольника внутренних стоек боковым кромкам двух других внутренних стоек или к внутренней стороне внешней стойки.

Вторая внутренняя стойка с закрепленной на ее гибочной кромке первой стойкой является сравнительно малым базовым элементом для конструкции имеющего форму решетки разделителя. Этот базовый элемент прежде всего может изготавливаться с очень точным соблюдением заданных размеров. Ряд таких предварительно изготовленных базовых элементов затем соединяются вместе в имеющий форму решетки разделитель. При этом отклонение базового элемента от его заданных размеров проявляется только локально в небольшой области имеющего форму решетки разделителя и не продолжается на весь имеющий форму решетки разделитель. Это означает, что в таком имеющем форму решетки разделителе может быть очень точно соблюдено заранее заданное расстояние между стержнями тепловыделяющего элемента ядерного реактора.

Предпочтительная форма выполнения тепловыделяющего элемента ядерного реактора состоит в том, что обе смыкающиеся на внешней стойке на ее внутренней стороне, образованные соответственно внутренней стойкой стенки ячеек внешних ячеек встречаются на внутренней стороне внешней стойки под углом 90^o. За счет этого облегчается изготовление имеющего форму решетки разделителя.

Другая предпочтительная форма выполнения состоит в том, что стенка ячейки имеет прогиб с параллельными к стержням образующими линиями вокруг параллельного к этим стержням направления в направлении возвышающегося на прогибе жесткого опорного утолщения для стержня. За счет этого уменьшается потеря давления в охлаждающей среде, протекающей через тепловыделяющий элемент ядерного реактора в продольном направлении стержней.

Другая предпочтительная форма выполнения, которая также приводит к снижению потери давления в охлаждающей среде, протекающей через тепловыделяющий элемент ядерного реактора в продольном направлении стержней, состоит в том, что стенка ячейки имеет прогиб с параллельными к стержням образующими линиями вокруг параллельного к стержням направления и что на этом прогибе возвышается опорная пружина для стержня.

На фиг. 1 показан в виде сверху контур имеющего форму решетки разделителя в опорной плоскости, ортогональной к тепловыделяющим стержням соответствующего изобретению тепловыделяющего элемента ядерного реактора; на фиг. 2 - увеличенный вырез из фиг. 1; на фиг. 3 и 4 показан в виде сверху и с увеличением базовый элемент для разделителя согласно фиг. 1; на фиг. 5 вид сбоку базового элемента согласно фиг. 3 и 4 в направлении стрелки b на фиг. 4; на фиг. 6 вид сбоку этого базового элемента в направлении стрелки c на фиг. 4; на фиг. 7 15 показаны в виде сверху и с увеличением другие базовые элементы III-XI для имеющего форму решетки разделителя согласно фиг.1; на фиг. 16 показана в виде сверху другая форма выполнения базового элемента для имеющего форму решетки разделителя.

Тепловыделяющий элемент ядерного реактора с имеющим форму решетки разделителем, контур которого представлен на фиг. 1, содержит две удерживающие пластины, между которыми находится по меньшей мере один подобный разделитель. Удерживающий стержень 2, продольная ось которого пронизывает обе параллельные друг к другу удерживающие пластины под углом 90^o, прикреплен соответственно на каждом конце к одной из этих двух удерживающих пластин. Этот удерживающий стержень 2 как правило это открытая с обеих концов металлическая труба пронизывает ячейку имеющего форму решетки разделителя с контуром согласно фиг. 1. Этот разделитель, например, удерживается с геометрическим замыканием между двумя втулками, которые жестко сидят снаружи на удерживающем стержне 2, на этом удерживающем стержне 2. Далее предусмотрены рядом друг с другом и расположенные с зазором друг от друга, параллельные как друг другу, так и удерживающему стержню 2 содержащие ядерное топливо тепловыделяющие стержни 3. Каждый из этих тепловыделяющих стержней 3 проходит через ячейку разделителя с контуром согласно фиг. 1 и удерживается в этой ячейке с силовым замыканием с помощью опорной пружины, которая прижимает соответствующий тепловыделяющий стержень 3 радиально относительно двух жестких опорных утолщений соответственно к двум стенкам ячеек в этой ячейке.

Тепловыделяющие стержни 3, каждый из которых состоит в основном из заполненной ядерным топливом трубы-оболочки из сплава циркония, которая газоплотно закрыта на обоих концах, не должны поэтому обязательно крепиться ни на одной из обеих удерживающих пластин, а они имеют в их продольном направлении зазор между обеими удерживающими пластинами и могут поэтому свободно расширяться в направлении оси, то есть в продольном направлении тепловыделяющего элемента ядерного реактора.

Имеющий форму решетки разделитель, имеющий в ортогональной к удерживающему стержню 2 и тепловыделяющим стержням 3 опорной плоскости (плоскость чертежа) контур, представленный на фиг. 1, имеет расположенные поставленными на ребро внешние стойки из листового металла. Эти внешние стойки образуют в контуре в опорной плоскости имеющие одинаковую длину стороны 4 правильного шестиугольника внешних стоек.

В стенках ячеек внутренних ячеек 9 имеющего форму решетки разделителя эти внешние стойки не принимают участия, стенки ячеек этих внутренних ячеек 9 образованы исключительно расположенными поставленными на ребро внутренними стойками из листового металла.

Эти внутренние стойки из листового металла образуют базовые элементы с видами сверху соответственно фиг. 3 11 и 15. Как показывают фиг. 4 6 на основе базового элемента II согласно фиг. 3, такой базовый элемент имеет первую внутреннюю стойку 6 и вторую внутреннюю стойку 7, которая содержит параллельную к удерживающему стержню 2 и тепловыделяющим стержням 3 гибочную кромку 0.

Эта гибочная кромка 0 находится в середине между двумя также параллельными к удерживающему стержню 2 и тепловыделяющим стержням 3 боковыми кромками 7a и 7b второй внутренней стойки 7. На этой гибочной кромке 0 вторая внутренняя стойка 7 образует на одной стороне угол в 120^o, а на другой стороне угол в 240^o. На стороне, на которой внутренняя стойка 7 образует угол в 240^o, находится первая плоская внутренняя стойка 6 и захватывает вторую внутреннюю стойку 7 на гибочной кромке 0 двумя язычками, которые имеют зазор друг от друга и которые выполнены на первой параллельной к стержням 2 и 3 боковой кромке 6a первой внутренней стойки 6. На стороне второй внутренней стойки 7, на которой она образует угол в 120^o, оба язычка, которые находятся на первой боковой кромке 6a первой внутренней стойки 6, жестко сварены со второй внутренней стойкой 7 с образованием сварных швов 8.

На стороне, на которой вторая внутренняя стойка 7 образует угол в 120^o, на верхнем конце и на нижнем конце второй внутренней стойки 7 в середине между ее первой параллельной к стержням 2 и 3 боковой кромкой 7a и гибочной кромкой 0 выполнено по одному опорному утолщению 7c для тепловыделяющего стержня 3. Два соответствующих этим опорным утолщениям 7c жестких опорных утолщения 7d выполнены далее на другой стороне второй внутренней стойки 7, на которой эта вторая внутренняя стойка 7 образует угол 240^o, в середине между второй параллельной к стержням 2 и 3 боковой кромкой 7b и гибочной кромкой 0. По одному из этих обоих жестких опорных утолщений 7c находится на верхнем конце и на нижнем конце второй внутренней стойки 7.

Наконец, на стороне первой внутренней стойки 6 в середине между верхним и нижним концом этой первой внутренней стойки 6 выполнена язычковая пружина 6c в качестве опорной пружины для тепловыделяющего стержня 3 и находится в угловом пространстве между первой внутренней стойкой 6 и частью второй внутренней стойки 7 между гибочной кромкой 0 и боковой кромкой 7a.

Базовые элементы III VII согласно фиг. 7 11 и XI согласно фиг. 15 также содержат две внутренние стойки 6 и 7, из которых одна внутренняя стойка 7 имеет гибочную кромку 0, параллельную стержням 2 и 3. На этой гибочной кромке 0 также и эта внутренняя стойка 7 образует на одной стороне угол в 120^o и на другой стороне угол в 240^o. В остальном эти обе внутренние стойки расположены одинаково и закреплены друг с другом таким же образом, что и внутренние стойки 6 и 7 базового элемента II согласно фиг. 3. От этого базового элемента II согласно фиг. 3 базовые элементы III VII и XI отличаются, однако, другим распределением язычковых пружин соответственно язычковой пружине 6c и жестких опорных утолщений соответственно жестким опорным утолщениям 7c и 7d на обеих внутренних стойках 6 и 7.

Если в базовом элементе II согласно фиг. 3, VI согласно фиг. 10, VII согласно фиг. 11 и XI согласно фиг. 15 одна из обеих внутренних стоек 6 и 7 образует стенку ячейки между двумя внешними ячейками 10, то расстояние параллельной стержням 2 и 3 боковой кромки, с которой эта внутренняя стойка жестко сварена на внутренней стороне внешней стойки, от образованной внутренней стойкой 7 гибочной кромки 0 соответствующего базового элемента соответственно больше, чем расстояние обеих других параллельных стержням 2 и 3 боковых кромок этого базового элемента, которые должны жестко привариваться в углу правильного шестиугольника внутренних стоек к двум боковым кромкам внутренних стоек двух других базовых элементов.

Далее приваренная к другой внутренней стойке 7 внутренняя стойка 6 базовых элементов VI и XI не имеет ни опорных язычков, ни опорных пружин, а является с обеих сторон плоской и гладкой, в то время как такая жестко приваренная к другой внутренней стойке 7 внутренняя стойка 6 в базовом элементе VII согласно фиг. 11 содержит между верхним концом и нижним концом выштампованную язычковую пружину в качестве опорной пружины для тепловыделяющего стержня 3. Внутренняя стойка 7 базовых элементов VI и XI с гибочной кромкой 0 содержит между этой гибочной кромкой 0 и одной из двух параллельных стержням 2 и 3 боковых кромок не только два выступающих в одном направлении опорных утолщения, но и между этими обоими жесткими опорными утолщениями также и выступающую в противоположном направлении язычковую пружину в качестве опорной пружины для тепловыделяющего стержня 3.

Базовые элементы III согласно фиг. 7 и базовые элементы IV согласно фиг. 8 имеют внутренние стойки, одна из которых, как особенно отчетливо показывает фиг. 2, имеет изгиб вокруг параллельного к стержням 2 и 3 направления с параллельными к этим стержням 2 и 3 образующими линиями соответственно в направлении двух возвышающихся на прогибе жестких опорных утолщений, одно из которых возвышается на прогибе соответственно на верхнем и на нижнем конце базового элемента. Эти оба жестких опорных утолщения имеют таким образом меньшую высоту, чем жесткие опорные утолщения, например, базового элемента II согласно фиг. 3 и оказывают соответственно этому меньшее сопротивление охлаждающей среде, протекающей через имеющий форму решетки разделитель согласно фиг. 1 под прямым углом к опорной плоскости и, таким образом, к плоскости чертежа. В случае базового элемента III согласно фиг. 7 и базового элемента IV согласно фиг. 8 прогиб с обоими жесткими опорными утолщениями находится между гибочной кромкой 0 и одной из двух параллельных стержням 2 и 3 боковых кромок внутренней стойки 7 на этой внутренней стойке 7.

Базовые элементы XIII X согласно фиг. 12 14 являются простыми отдельными стойками, которые содержат или язычковую пружину соответственно язычковой пружине 6c базового элемента II или соответственно два жестких опорных утолщения, как жесткие опорные утолщения 7c или 7d базового элемента II, или не содержат ни язычковой пружины, ни опорных утолщений. Расстояние двух параллельных к стержням 2 и 3 боковых кромок этих отдельных стоек друг от друга несколько больше, чем расстояние соответствующих обеих боковых кромок внутренней стойки 6 базового элемента II согласно фиг. 3, так как эти отдельные стойки также должны привариваться на внутренней стороне внешней стойки.

Для изготовления имеющего форму решетки разделителя согласно фиг. 1 вначале изготавливают базовые элементы II XI согласно фиг. 3 15 и затем, как показано на фиг. 1, располагают внутри контура правильного шестиугольника внешних стоек со сторонами 4 с образованием внутренних ячеек 9 с ячеистой структурой правильных шестиугольников внутренних стоек с равной g длиной сторон, а также внешних ячеек 10. Примыкающие на внутренней стороне внешних стоек внутренние стойки встречаются с соответствующей внутренней стороной под углом в 90^o. После сварки боковых кромок внутренних стоек базовых элементов в углах шестиугольников внутренних стоек и на внутренней стороне внешних стоек получается имеющий форму решетки разделитель, при котором образующая стенку ячейки между первой и второй ячейкой первая стойка закреплена своими параллельными стержням 2 и 3 боковыми кромками на параллельной стержням 2 и 3 гибочной кромке 0, которая находится в углу правильного шестиугольника внутренних стоек между двумя следующими, образованными второй внутренней стойкой стенками ячейки, из которых одна стенка ячейки придана первой, а другая стенка ячейки придана второй ячейке. В других углах шестиугольника внутренних стоек соответственно сварены друг с другом три внутренних стойки каждая на параллельной стержням 2 и 3 боковой кромке.

На поставленных на ребро внешних стойках выполнены жесткие опорные утолщения 4a для тепловыделяющих стержней 3 в направлении к внутренней стороне внешней стойки. Эти жесткие опорные утолщения 4a входят во внешние ячейки 10 имеющего форму решетки разделителя, которые имеют по меньшей мере одну образованную внешней стойкой стенку ячейки. Встречающиеся на внутренних сторонах внутренние стойки образуют относящиеся к внешним ячейкам 10 стенки ячеек, которые встречаются на внутренней стороне соответствующей внешней стойки под углом 90^o.

Базовый элемент согласно фиг. 16, на которой одинаковые детали имеют одинаковые ссылочные позиции, что и на фиг. 3, 4 6, снабжен не только прогибами 7e с параллельными к стержням 2 и 3 образующими линиями вокруг параллельного к стержням направления в направлении жестких опорных утолщений, 7c и 7d, возвышающихся на соответствующем прогибе, но на прогибе 6e такого рода может также подниматься язычковая пружина 6c в качестве опорной пружины для стержня 3. Таким образом, не только жесткие опорные утолщения 7c и 7d, но и язычковая пружина 6c оказывают протекающей под прямым углом к плоскости чертежа охлаждающей среде незначительное сопротивление.

Сущность: тепловыделяющий элемент ядерного реактора содержит имеющий форму решетки дистанционирующий разделитель с малыми допусками изготовления для ячеек. Разделитель содержит две внутренние стойки. Одна внутренняя стойка образует гибочную кромку, на которой другая внутренняя стойка жестко сварена с боковой кромкой. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора с расположенными с зазором, рядом и параллельно друг другу стержнями, из которых по меньшей мере один является содержащим ядерное топливо тепловыделяющим стержнем и которые проходят каждый соответственно через ячейку имеющего форму решетки дистанционирующего разделителя, а также со следующими признаками: имеющий форму решетки разделитель имеет поставленные на ребро внешние стойки из листового металла, которые в ортогональной к этим стержням опорной плоскости образуют контур правильного шестиугольника внешних стоек; имеющий форму решетки разделитель имеет внутренние ячейки, стенки которых образованы поставленными на ребро внутри этого контура внутренними стойками из листового металла; углы контура ячеек всех внутренних ячеек имеющего форму решетки разделителя образуют в ортогональной к стержням опорной плоскости углы правильных шестиугольников внутренних стоек, которые все имеют одинаковую длину сторон; имеющий форму решетки разделитель имеет внешние ячейки, которые содержат по меньшей мере одну образованную внешней стойкой стенку ячейки и две другие смыкающиеся с внешней стойкой на ее внутренней стороне стенки ячейки, образованные каждая внутренней стойкой, отличающийся тем, что первая внутренняя стойка, образующая стенку ячейки между первой и второй ячейками, закреплена своей первой параллельной стержням боковой кромкой на параллельной стержням гибочной кромке, которая находится в углу правильного шестиугольника внутренних стоек между двумя другими образованными второй внутренней стойкой стенками ячейки, из которых одна стенка ячейки придана первой, а другая стенка ячейки второй ячейке, что вторая параллельная стержням боковая кромка первой внутренней стойки и обе паралллельные стержням боковые кромки второй внутренней стойки образуют группу из трех боковых кромок, две из которых закреплены на параллельных этим стержням находящихся в углу правильного шестиугольника внутренних стоек боковых кромках двух других внутренних стоек и третья боковая кромка из этой группы прикреплена или к параллельным стержням находящимся в углу правильного шестиугольника внутренних стоек боковым кромкам двух других внутренних стоек или к внутренней стороне внешней стойки. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что обе примыкающие на внешней стойке, на ее внутренней стороне, образованные соответственно внутренней стойкой стенки ячейки внешних ячеек встречаются на внутренней стороне внешней стойки под углом 90^o. 3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что стенка ячейки имеет прогиб с параллельными стержням образующими линиями вокруг параллельного стержням направления в направлении возвышающегося на изгибе жесткого опорного утолщения для стержня. 4. Элемент п.1, отличающийся тем, что стенка ячейки имеет прогиб с параллельными стержням образующими линиями вокруг параллельного стержням направления и на прогибе возвышается опорная пружина для стержня.