ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1998 года по МПК G21C3/32 

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано на предприятиях, занятых изготовлением тепловыделяющих сборок, в том числе и со смешанным топливом с примесью регенерированного топлива, для энергетических реакторов преимущественно типа ВВЭР-1000.

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с тепловыделяющими элементами нижним концом в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников в виде гнутых пластин, закрепленных в углах этой решетки, чехол в виде охватывающей весь пучок тепловыделяющих элементов шестигранной трубы, присоединенной одним концом к хвостовику, головку, закрепленную на другом конце чехла, и элементы, обеспечивающие закрепление тепловыделяющих элементов в нижней решетке (см. Дементьев Б.А., Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат. 1990, с. 31-35, рис. 2, 5).

Недостатком известной тепловыделяющей сборки ВВЭР-440 является высокая трудоемкость изготовления ее головки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами нижними концами в нижней решетке, снабженной переходниками, хвостовик с опорными ребрами, присоединенный к переходникам нижней решетки, головку, закрепленную на верхних концах трубчатых каналов, включающую плиту и решетку, соединенных между собой конусным элементом с окнами для протока теплоносителя (см. Дементьев Б.А., Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат. - М.: 1990 г., с.42-44, рис.2, 13) - прототип. Тепловыделяющая сборка ВВЭР-1000 в отличие от известной тепловыделяющей сборки ВВЭР-440 имеет больший размер в поперечнике (размер шестигранника под ключ составляет 234 мм) и соответственно большее число тепловыделяющих элементов. Соответственно больший размер имеет и головка тепловыделяющей сборки.

Одним из требований, предъявляемым к тепловыделяющим элементам и тепловыделяющим сборкам, является то, что материалы, предназначенные для корпусов тепловыделяющих сборок, должны иметь сопротивление внутренним и внешним напряжениям без разрушения или изменения размеров и минимальный паразитный захват нейтронов (см. Доклады иностранных ученых на международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Металлургия ядерной энергетики и действие облучения на материалы. -М.: 1956, c.299).

Материалы, предназначенные для головок и хвостовиков тепловыделяющих сборок, должны иметь низкое сечение поглощения нейтронов, необходимую механическую прочность, высокую теплопроводность и высокую радиационную и коррозионную стойкость. В качестве материала для головок и хвостовиков применяется нержавеющая сталь (см. Дементьев Б.А., Ядерные энергетические реакторы, с. 20-21), которая обладает вышеперечисленными качествами, что делает ее весьма ценным конструкционным материалом, несмотря на то, что поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов химических элементов никеля, хрома, титана и кобальта, входящих в состав нержавеющей стали, довольно велико.

Нежелательным свойством сплавов на основе кобальта является их высокая остаточная активность после выгрузки тепловыделяющей сборки, в которой использованы эти сплавы в качестве конструкционного материала, из ядерного реактора (см: Материалы комиссии по атомной энергии США. Ядерные реакторы, III. Материалы для ядерных реакторов./Пер.с англ. Изд. иностранной литературы.- М.: 1956, с.365). Кроме того, недостатком тепловыделяющей сборки - прототипа является высокая трудоемкость изготовления головки, а более конкретно - ее конусного элемента с окнами, так как при изготовлении конусного элемента в виде обечайки требуются особоточные пятикоординатные станки, существенная доля ручного труда, большой расход нержавеющей стали, громоздкая металлоемкая оснастка, увеличенное гидравлическое сопротивление теплоносителя на выходе из тепловыделяющей сборки, снижающее ее потребительские свойства.

Технической задачей изобретения является снижение конструкционного "паразитного" материала головки тепловыделяющей сборки, трудоемкости ее изготовления и снижение гидравлического сопротивления при работе в канале ядерного реактора.

Поставленная техническая задача решается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами нижними концами в нижней решетке, снабженной переходниками, хвостовик с опорными ребрами, присоединенный к переходникам нижней решетки, головку, закрепленную на верхних концах трубчатых каналов, включающую плиту и решетку, соединенных между собой конусным элементом с окнами для протока теплоносителя, согласно изобретению конусный элемент выполнен по крайней мере из двенадцати конусных стоек-ребер, размещенных радиально по периметру головки с закреплением большими основаниями к решетке головки и меньшими основаниями - к плите головки, а окна для протока теплоносителя образованы конусными стойками-ребрами, плитой и решеткой головки между каждой парой стоек-ребер.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в стойках-ребрах выполнены дополнительные окна.

Выполнение конусного элемента в виде конусных стоек-ребер с дополнительными окнами, а не в виде конусной обечайки с закреплением ее к решетке и плите головки позволяет:
- снизить трудоемкость изготовления головки за счет исключения ручного труда, исключить применение станков с ЧПУ, поскольку процесс изготовления стоек-ребер возможно автоматизировать в связи с его простотой;
- снизить количество конструкционного "паразитного" материала на каждую головку;
- снизить гидравлическое сопротивление теплоносителя на выходе из тепловыделяющей сборки за счет образования окон протока теплоносителя из стоек-ребер, плиты и решетки головки, то есть расширения окон и исключения дополнительного сопротивления конусного элемента, каким служит обечайка, а также за счет выполнения окон непосредственно на стойках-ребрах.

Конструкция тепловыделяющей сборки ядерного реактора согласно изобретению поясняется чертежами.

На чертежах представлены:
фиг. 1 - головка тепловыделяющей сборки, вид сбоку;
фиг. 2 - головка тепловыделяющей сборки, вид сверху;
фиг. 3 - конусные стойки-ребра;
фиг. 4 - тепловыделяющая сборка.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (фиг. 4) содержит пучок (множество) тепловыделяющих элементов 1, установленных в каркасе (отдельно на чертеже не показан) из дистанционирующих решеток 2 шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах 3, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами 1 нижними концами в нижней решетке 4, снабженной переходниками 5, хвостовик 6 и головку 7. Хвостовик 6 присоединен к переходникам 5 нижней решетки 4 и снабжен опорными ребрами 8 для этой решетки. Головка 7 закреплена на верхних концах трубчатых каналов 3 и включает плиту 9 и решетку 10, соединенных между собой конусным элементом 11 с окнами 12 для протока теплоносителя. Конусный элемент 11 выполнен по крайней мере из двенадцати конусных стоек-ребер, размещенных радиально по периметру головки 7 с закреплением большими основаниями 13 к решетке 10 головки 7 и меньшими основаниями 14 к плите 9 головки 7.

Окна 12 для протока теплоносителя образованы конусными стойками-ребрами конусного элемента 11, плитой 9 и решеткой 10, то есть между каждой парой стоек-ребер конусного элемента 11.

В стойках-ребрах конусного элемента 11 выполнены также дополнительные окна 15 для протока теплоносителя.

Тепловыделяющую сборку ядерного реактора изготавливают следующим образом.

Каждый тепловыделяющий элемент 1 проталкивают через ячейки дистанционирующих решеток 2 шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах 3, закрепляют его нижним концом в нижней решетке 4, снабженной переходниками 5. Хвостовик б присоединяют к переходникам 5 нижней решетки 4 с помощью опорных ребер 8. Головку 7 закрепляют на верхних концах трубчатых каналов 3 с помощью плиты 9 и решетки 10, соединенных между собой конусным элементом 11 с окнами 12. Конусный элемент 11 предварительно выполняют по крайней мере из двенадцати конусных стоек-ребер, размещают их радиально по периметру головки 7 с закреплением большими основаниями 13 к решетке 10 головки 7 и меньшими основаниями 14 - к плите 9 головки 7. При этом окна 12 для протока теплоносителя образуются конусными стойками-ребрами 11, плитой 9 и решеткой 10, то есть между каждой парой стоек-ребер 11. В стойках-ребрах выполняют дополнительные окна 15 для протока теплоносителя.

Использование тепловыделяющей сборки предложенной конструкции позволит снизить трудоемкость их изготовления за счет изменения конструкции головки 7. Изготовление стоек-ребер конусного элемента 11 возможно осуществлять штамповкой, то есть полностью механизировать процесс, исключая ручной труд. За счет сокращения конструкционного "паразитного" материала в головке 7 снижается его остаточная активность. Повышаются эксплуатационные характеристики тепловыделяющей сборки за счет снижения гидравлического сопротивления теплоносителю.

Тепловыделяющая сборка может быть выполнена как в разборном, так и в неразборном вариантах.

Изобретение относится к атомной энергетике, конкретно - к изготовлению тепловыделяющих сборок ядерных реакторов преимущественно типа ВВЭР - 1000. Реализация изобретения обеспечивает снижение конструкционного "паразитного" материала головки тепловыделяющей сборки, трудоемкости ее изготовления и снижение гидравлического сопротивления при работе в канале ядерного реактора. В тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами нижними концами в нижней решетке, снабженной переходниками, хвостовик с опорными ребрами, присоединенными к переходникам нижней решетки, головку, закрепленную на верхних концах трубчатых каналов, включающую плиту и решетку, соединенных между собой конусным элементом с окнами для протока теплоносителя, согласно изобретению конусный элемент выполнен по крайней мере из двенадцати конусных стоек-ребер, размещенных радиально по периметру головки с закреплением большими основаниями к решетке головки и меньшими основаниями - к плите головки, а окна для протока теплоносителя образованы конусными стойками-ребрами, плитой и решеткой головки между каждой парой стоек-ребер. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами нижними концами в нижней решетке, снабженной переходниками, хвостовик с опорными ребрами, присоединенный к переходникам нижней решетки, головку, закрепленную на верхних концах трубчатых каналов, включающую плиту и решетку, соединенные между собой конусным элементом с окнами для протока теплоносителя, отличающаяся тем, что конусный элемент выполнен по крайней мере из двенадцати конусных стоек-ребер, размещенных радиально по периметру головки с закреплением большими основаниями к решетке головки и меньшими основаниями к плите головки, а окна протока теплоносителя образованы конусными стойками-ребрами, плитой и решеткой головки между каждой парой стоек-ребер. 2. Тепловыделяющая сборка по п. 1, отличающаяся тем, что в стойках-ребрах выполнены дополнительные окна.1о