ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1998 года по МПК G21C3/32 G21C3/334 G21C3/34 G21C3/344 

Описание патента на изобретение RU2120671C1

Изобретение относится к ядерной промышленности и может быть использовано при конструировании тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей кассеты с ячейками квадратной формы для размещения твэлов в сборке на определенном расстоянии друг от друга [1]. Ячейки сформированы двумя рядами взаимно перпендикулярных пластин, расположенных на одном уровне в тепловыделяющей сборке. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах их состыковки с пластинами перпендикулярно расположенного ряда. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру.

Недостатком дистанционирующей решетки является ненадежность закрепления твэлов в ячейках решетки, сложность сборки тепловыделяющей кассеты, возможность появления зазоров между стенками ячеек и твэлом в процессе эксплуатации и снижения за счет этого надежности работы твэлов. Кроме того, одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения канала для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления кассеты и снижению ее эксплуатационных характеристик.

Известна дистанционная решетка тепловыделяющей кассеты с ячейками квадратной формы для размещения твэлов в сборке на определенном расстоянии друг от друга [2]. Ячейки решетки сформированы двумя рядами взаимно перпендикулярных пластин, расположенных на одном уровне в тепловыделяющей сборке. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах их состыковки с пластинами перпендикулярно расположенного ряда. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру. Через стенку каждой ячейки пропущен пружинный держатель, оба конца которого закреплены в боковых стенках ячеек. Держатель состоит из двух противолежащих волнообразных полос, образующих кольцеобразные пружинистые хомуты, оси которых совпадают с осями ячеек и осями размещенных в ячейках твэлов.

Достоинством дистанционирующей решетки является повышение надежности закрепления твэлов в кассете в процессе эксплуатации, снижение возможности повреждения твэлов при сборке кассеты.

Недостатком такой решетки является ее сложность и повышенная металлоемкость. Кроме того, одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения канала для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления кассеты и снижению ее эксплуатационных характеристик.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей кассеты с ячейками квадратной формы для размещения твэлов в сборке на определенном расстоянии друг от друга [3]. Ячейки решетки сформированы двумя рядами взаимно перпендикулярных пластин, расположенных на одном уровне в тепловыделяющей сборке. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах их состыковки с пластинами перпендикулярно расположенного ряда. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру. На стенках ячеек, в местах контакта с оболочкой твэла, размещены U-образные пружинки, которые крепятся к пластине решетки с одной стороны с помощью сварки, а с другой - с помощью подвижного механического соединения.

Достоинством дистанционирующей решетки является повышение надежности закрепления твэлов в кассете в процессе эксплуатации, снижение возможности повреждения твэлов при сборке кассеты.

Недостатком такой решетки является ее сложность и повышенная металлоемкость. Кроме того, одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения канала для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления кассеты и снижению ее эксплуатационных характеристик.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей кассеты с ячейками квадратной формы для размещения твэлов в сборке на определенном расстоянии друг от друга [4]. Ячейки решетки сформированы двумя рядами взаимно перпендикулярных пластин, расположенных на одном уровне в тепловыделяющей сборке. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру. В каждой ячейке в одном из ее углов размещена пружинка для закрепления твэла. Рамка и пластины изготовлены из циркониевого сплава, а на их поверхности сформирован слой из оксида циркония.

Достоинством дистанционирующей решетки является повышение надежности закрепления твэлов в кассете в процессе эксплуатации, снижение возможности повреждения твэлов при сборке кассеты, а также повышение стойкости элементов конструкций при эксплуатации.

Недостатком такой решетки является ее конструктивная сложность и материалоемкость, а также необходимость использования для изготовления различных элементов решетки расширенной номенклатуры материалов и композиционных материалов. Кроме того, одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения канала для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления кассеты и снижению ее эксплуатационных характеристик.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей кассеты с ячейками квадратной формы для размещения твэлов в сборке на определенном расстоянии друг от друга [5]. Ячейки решетки сформированы двумя рядами взаимно перпендикулярных пластин, расположенных на одном уровне в тепловыделяющей сборке. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру. В каждой ячейке в одном из ее углов размещена пружинка для закрепления твэла. Пластины решетки изготовлены из сплава циркония и никеля, который после проведения заключительной горячей прокатки подвергается закалке в области температур существования β или α+β фазы, а затем холодной прокатке и отжигу. Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Достоинством дистанционирующей решетки является повышение надежности закрепления твэлов в кассете в процессе эксплуатации, снижение возможности повреждения твэлов при сборке кассеты, а также повышение стойкости элементов конструкций при эксплуатации.

Недостатком такой решетки является ее конструктивная сложность и материалоемкость, а также относительно невысокая надежность конструкции. Кроме того, одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения канала для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления кассеты и снижению ее эксплуатационных характеристик.

Технической задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции дистанционирующей решетки при повышении надежности фиксации твэлов в решетке и снижении гидравлического сопротивления тепловыделяющей сборки.

Поставленная техническая задача решается в заявленном изобретении тем, что в известной конструкции дистанционирующей решетки (включающей рамку, закрепленные на ней ряды параллельных пластинок, формирующих ячейки для размещения твэлов, и упругие элементы для фиксации твэла в решетке) рамка выполнена с возможностью упругого изменения ее формы и диаметра описанной вокруг нее окружности, дистанционирующие пластинки размещены в виде трех не пересекающихся в пространстве рядов, образующих в плане ячейки шестиугольной формы для размещения твэлов, пластинки выполнены из Ni-Cr сплава, а упругие элементы конструктивно выполнены заодно с рамкой.

По частному варианту выполнения решетки рамка выполнена в виде шести секций, каждая из которых соединена с двумя соседними с помощью упругих элементов.

По другому частному варианту выполнения решетки секции рамки и упругие элементы выполнены из пластины одинаковой ширины, причем упругие элементы образованы изгибом этой пластины в радиальной плоскости в форме продольных петель, направленных параллельно оси сборки к ее центру.

По частному варианту выполнения решетки сплав для изготовления дистанционирующих пластинок имеет следующий состав, мас.%: Ni от 54 до 60; Cr от 39 до 44 и Mo и/или W от 0,5 до 3,5.

По другому частному варианту выполнения решетки ячейка сформирована в виде правильного шестиугольника.

По другому частному варианту выполнения решетки диаметр окружности, вписанной в шестиугольную ячейку, составляет от 0,92 до 0,99 наружного диаметра твэла. При этом толщина дистанционирующих пластинок выбирается из следующего соотношения:
δ = (0,866t-dэл)+K,
где
δ - - толщина дистанционирующих пластинок, мм;
t - шаг расположения твэлов по гексагональной решетке (или по правильной шестиугольной решетке), мм;
dэл - диаметр тепловыделяющего элемента в мм;
K - размер, определяемый экспериментально и составляющий от 0,03 до 0,3 мм.

Технический результат достигается в заявляемом изобретении тем, что авторами найдено такое сочетание геометрии дистанционирующей решетки и характеристик материала дистанционирующих пластинок, которое обеспечивает возможность надежного закрепления твэлов в сборке за счет их взаимодействия с пластинами, прикрепленными к секциям рамки, которые соединены между собой с помощью упругих элементов. С помощью такой конструкции удается надежно зафиксировать твэлы в дистанционирующей решетке без использования многочисленных пружинистых элементов, размещенных в каждой ячейке для фиксации твэла, при этом существенно упростить конструкцию и повысить ее надежность.

На фиг. 1 приведен общий вид дистанционирующей решетки; на фиг. 2 показан поперечный разрез дистанционирующей решетки, в ячейках которой помещены тепловыделяющие элементы.

На фиг. 3 приведен фрагмент дистанционирующей решетки с характерным изгибом дистанционирующих пластинок после установки тепловыделяющих элементов.

Дистанционирующая решетка состоит (см. фиг. 1) из рамки (1) и трех рядов дистанционирующих пластинок (2), (3) и (4). В каждом из рядом пластинки установлены параллельно друг другу, причем ряды расположены на трех разных уровнях по высоте рамки (1). Рамка сформирована из шести секций (5) - (10), каждая из которых соединена с двумя соседними секциями с помощью упругих элементов (11) - (16). Упругие элементы (11) - (16) выполнены в виде продольных петлевых изгибов рамки, направленных параллельно оси сборки закруглением к ее центру. Пластинки каждого ряда (2), (3) и (4) закреплены на поверхности секций (5) - (10) таким образом, что формируют в осевом направлении шестиугoльные ячейки с диаметром вписанной окружности от 0,92 до 0,99 диаметра оболочки твэла, которые служат для размещения стержней тепловыделяющих элементов (18) (см. фиг. 2). Пластинки (2), (3) и (4) проходят через окна, выполненные в секциях (5) - (10) рамки, а концы пластинок отогнуты до совмещения с поверхностью секций и приварены к ним при помощи контактной сварки.

Пластинки (2), (3) и (4) выполнены из сплава на основе Ni и Cr, имеющего, например, следующий состав, мас.%: Ni от 54 до 60; Cr от 39 до 44 и Mo и/или W от 0,5 до 3,5.

Сборка кассеты с дистанционирующими решетками производится следующим образом. Дистанционирующие решетки закрепляются по длине кассеты на определенном расстоянии друг от друга с помощью специального приспособления так, чтобы сформированные каждой из решеток шестиугольные ячейки совпадали в своих проекциях на плоскость, перпендикулярную оси канала, и формировали направляющие для вертикального размещения твэла.

Затем в шестиугольные ячейки набора дистанционирующих решеток вставляют твэлы. В процессе сборки кассеты происходит натяжение дистанционирующих пластинок (2), (3) и (4), которое компенсируется смещением секций (5) - (10) рамки за счет деформации упругих элементов (11) - (16). Форма характерного изгиба дистанционирующих пластинок после установки твэлов приведена на фиг. 3. В кассете дистанционирующие решетки закрепляются по высоте с помощью специальных элементов - стоек (не показаны), расположенных в петлевых изгибах упругих элементов (11) - (16) или в зоне секций рамки.

Выбор никель-хромового сплава, приведенного выше, в качестве материала для изготовления пластинок определяется тем, что он обеспечивает высокие значения временного сопротивления и предела текучести и при высоких значениях предела упругости при эксплуатации в высокоагрессивных средах и при высоких дозах его облучения в условиях активной зоны атомного реактора. Предложенный материал для изготовления пластин, которые вместе с рамкой образуют упругую механическую систему для фиксации твэлов в канале тепловыделяющей сборки реактора, имеет следующие характеристики: предел текучести порядка 70 кг/см2 и модуль упругости порядка 23000 кг/мм2. Проведенные авторами исследования показали, что этот сплав помимо высокой технологической пластичности характеризуется прекрасными коррозионными и радиационными характеристиками. Это позволяет обеспечить легкость сборки тепловыделяющей кассеты и снизить коррозионное взаимодействие (фреттинг-коррозию) оболочек твэлов в местах контакта с пластинками, а также стабильность упругих свойств пластинок в течение всего периода эксплуатации сборки в активной зоне реактора.

Таким образом, при использовании предложенного решения удается надежно зафиксировать твэлы в дистанционирующей решетке за счет упругой деформации пластинок и рамки дистанционирующей решетки без использования дополнительных конструктивных элементов, что существенно упрощает конструкцию решетки, снижает ее металлоемкость, а также уменьшает ее гидравлическое сопротивление.

Использованные источники информации:
1. Заявка N 63-33675 Японии, G 21 C 3/34, 1981.

2. Заявка N 3-76877 Японии, G 21 C 3/34, 1991.

3. Заявка N 0395509 ЕПВ, G 21 C 3/356, 1990.

4. Заявка N 64-5661 Японии, G 21 C 3/34, 1983.

5. Заявка N 4-8758 Японии, G 21 C 3/34, 1986.

Похожие патенты RU2120671C1

название год авторы номер документа
ТВЭЛ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1997
  • Ватулин А.В.
  • Лысенко В.А.
  • Мишунин В.А.
  • Солонин М.И.
RU2125305C1
СЛИТОК ИЗ РАДИОАКТИВНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1998
  • Пастушков В.Г.
  • Серебряков В.П.
  • Губченко А.П.
RU2145126C1
ТАБЛЕТКА ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА С ПОКРЫТИЕМ (ЕЕ ВАРИАНТЫ), СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 1996
  • Митин В.С.
  • Бибилашвили Ю.К.
  • Краснобаев Н.Н.
  • Петрухин А.П.
  • Афонин М.М.
RU2131626C1
СОСТАВНАЯ КАССЕТА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 2000
  • Никишов О.А.
  • Болобов П.А.
  • Бочаров О.В.
  • Брода В.А.
  • Васильев М.П.
  • Курсков В.С.
  • Крайнов Ю.А.
  • Лушин В.Б.
  • Енин А.А.
  • Панюшкин А.К.
  • Пономаренко Г.Л.
RU2166214C1
АУСТЕНИТНЫЙ ЖЕЛЕЗОХРОМОНИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ ПРУЖИННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ 1997
  • Будылкин Н.И.
  • Миронова Е.Г.
  • Кондратьев В.П.
  • Миняйло Б.Ф.
  • Солонин М.И.
  • Бибилашвили Ю.К.
  • Ямников В.С.
RU2124065C1
АППАРАТ ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТВЭЛОВ И АППАРАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ЖИДКОСТЬЮ 1998
  • Рагинский Л.С.(Ru)
  • Морковников В.Е.(Ru)
  • Морозов Н.В.(Ru)
  • Елисеев С.П.(Ru)
  • Ранс Питер
  • Тинсли Тимоти
  • Деннисс Ян
RU2136063C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОЖИЛЬНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПРОВОДА НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ NB*003SN 1990
  • Никулин А.Д.
  • Шиков А.К.
  • Воробьева А.Е.
  • Давыдов И.И.
  • Чукин А.М.
  • Беляков Н.А.
RU2088992C1
ТВЭЛ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1999
  • Сорокин В.И.
  • Солонин М.И.
  • Ватулин А.В.
  • Лысенко В.А.
RU2154312C1
СПОСОБ УПАКОВКИ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 1996
  • Иолтуховский А.Г.
  • Велюханов В.П.
  • Поляков А.С.
  • Тебус В.Н.
  • Брагин Г.П.
  • Погодин В.П.
RU2113023C1
ТВЭЛ ДЛЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1993
  • Савченко А.М.
  • Маранчак С.В.
  • Лысенко В.А.
  • Ватулин А.В.
  • Солонин М.И.
RU2061264C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 120 671 C1

Реферат патента 1998 года ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к ядерной промышленности и может быть использовано при конструировании тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в упрощении конструкции дистанционирующей решетки при повышении надежности фиксации твэлов в решетке и снижении гидравлического сопротивления тепловыделяющих сборок. Дистанционирующая решетка включает рамку с закрепленными на ней рядами параллельных пластинок, формирующих ячейки для размещения твэлов, и упругие элементы для фиксации твэла в решетке. Рамка выполнена с возможностью упругого изменения ее формы, а пластинки размещены в виде трех не пересекающихся в пространстве рядов, образующих в плане ячейки шестиугольной формы для размещения твэлов. Пластинки выполнены из материала на основе сплава никеля и хрома, а упругие элементы конструктивно выполнены заодно с рамкой. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения RU 2 120 671 C1

1. Дистанционирующая решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающая рамку, закрепленные на ней ряды параллельных пластинок, формирующих ячейки для размещения твэлов, и упругие конструктивные элементы для фиксации твэла в решетке, отличающаяся тем, что рамка выполнена с возможностью упругого изменения ее формы и диаметра описанной вокруг нее окружности, пластинки размещены в виде трех не пересекающихся в пространстве рядов, образующих в плане ячейку шестиугольной формы для размещения твэлов, пластинки выполнены из Ni-Cr сплава, а упругие элементы конструктивно выполнены заодно с рамкой. 2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что рамка выполнена в виде шести секций, каждая из которых соединена с двумя соседними с помощью упругих элементов. 3. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что секции рамки и упругие элементы выполнены из пластины одинаковой ширины, причем упругие элементы образованы изгибом этой пластины в радиальной плоскости в форме продольных петель, направленных параллельно оси сборки к ее центру. 4. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что сплав для изготовления пластинок, формирующих ячейки, имеет следующий состав, мас.%: Ni от 54 до 60, Cr от 39 до 44 и Mo и/или W от 0,5 до 3,5. 5. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что ячейка сформирована в виде правильного шестиугольника. 6. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр окружности, вписанной в шестиугольную ячейку, составляет от 0,92 до 0,99 наружного диаметра твэла, причем толщина дистанционирующих пластинок выбирается из соотношения
δ=(0,866t-dэл)+K ,
где
δ- толщина дистанционирующих пластинок, мм
t - шаг расположения твэлов по гексагональной решетке, мм;
dэл - диаметр твэла, мм;
K - размер, определяемый экспериментально и составляющий от 0,03 до 0,1 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2120671C1

JP, 4-8758, A1, 1986
GB, 1090535, A, 1967
DE, 1764185, A1, 1971
US, 5032351, A, 1991
US, 4110160, A1, 1978
US, 3510397, A, 1970
EP, 0332941, A1, 1989
EP, 0052924, A1, 1982
DE, 3038379, A1, 1981
GB, 1347383, A, 1974
SU, 884591, A, 1981.

RU 2 120 671 C1

Авторы

Кондратьев В.П.

Солонин М.И.

Самойлов О.Б.

Преображенский Д.Г.

Выскребенцев А.В.

Ватулин А.В.

Миняйло Б.Ф.

Даты

1998-10-20Публикация

1997-05-23Подача