ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2002 года по МПК G21C3/34 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение для дистанционирования тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные с ободом и между собой многогранные ячейки, снабженные внутренними выступами (см. Б. А. Дементьев. Ядерные энергетические реакторы, 11-е издание. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 44). Каждая пара, прилегающих граней, ячеек соединена между собой сварными точками, аналогичным образом закреплены точечной сваркой обод и грани ячеек, прилегающих к нему. Однако при точечной сварке ячеек друг к другу и к ободу не исключен их непровар из-за, например, падения напряжения сварки, силы тока сварки, параметров сварки и т.д., что может вызвать разрушение дистанционирующей решетки в ядерном реакторе и тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ), имеющий практически нулевую осевую жесткость от вибрации, может разрушиться, поскольку дистанционирование его относительно других ТВЭЛов будет нарушено. Все это снижает надежность дистанционирующей решетки.

Изготовление ячеек включает резку циркониевых трубок на мерные заготовки, равные высоте ячейки с формованием их для придания формы многогранной ячейки.

Набор поля ячеек для размещения в них ТВЭЛ включает ручную установку ячеек в шаблоне и не поддается автоматизации. Все это повышает себестоимость изготовления дистанционирующей решетки. Кроме того, в процессе изготовления дистанционирующей решетки может быть нарушена точность размещения ячеек собираемого поля ячеек из-за отклонений диаметра и толщины стенок трубок, используемых для ячеек и точности изготовления инструмента формования многогранных ячеек из обрезков трубок, что может привести к нарушению позиционирования ячеек дистанционирующей решетки относительно запрессовываемых в них ТВЭЛов при сборке ТВС. Смешение ячейки относительно ТВЭЛа в циркониевой оболочке вызовет повреждение последней при запрессовке в нее ТВЭЛа, а цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания между соприкасающимися поверхностями (см. Металлургия циркония, перевод с английского. М.: Иностранная литература, 1959, с. 298), что не исключит разрушение ТВЭЛа в ядерном реакторе.

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, имеющая соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из ленты, снабженные внутренними выступами и просечками (см. патент Российской федерации RU 2127001 от 27.03.97 г., опубл. 27.02.99 г., МКИ 6 G 21 C 3/34). Каждая пара, прилегающих граней, ячеек соединена между собой сварными точками, что не исключает их непровар и снижает надежность работы в ядерном реакторе. Изготовление пластинчатых многогранных с внутренними выступами и просечками ячеек осуществляют их формованием в виде четырехгранных, пятигранных и шестигранных ячеек и набор поля ячеек для размещения в них ТВЭЛ осуществляют вручную, ибо эта операция не поддается автоматизации. Собранное поле ячеек закрепляют между собой и к ободу точечной сваркой, что снижает надежность эксплуатации дистанционирующей решетки и соответственно ТВС в ядерном реакторе, а многооперационность изготовления дистанционирующей решетки с применением ручного труда повышает себестоимость изготовления.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая поле соединенных между собой гексагональных ячеек для размещения в них ТВЭЛ (см. патент DЕ 4410396 A1 от 25.03.94 г., опубл. 28.09.95 г., МКИ 6 G 21 C 3/348). Недостатком дистанционирующей решетки является то, что крепление ячеек между собой сваркой снижает надежность эксплуатации дистанционирующей решетки в ядерном реакторе, так как при этом возможны непровары, которые не исключают разрушения решетки в ядерном реакторе, а также высокая себестоимость ее изготовления, поскольку каждую ячейку требуется изготовить из листового металла, сформировать изогнутую заготовку, которая в силу остаточной деформации может быть больше или меньше заданной, сформировать поле ячеек и осуществить сварку между собой ячеек.

При такой сборке поля не исключено при сварке смещение заготовок ячеек относительно друг друга, что может привести к нарушению позиционирования ячеек относительно запрессовываемых в них ТВЭЛов при сборке ТВС и повреждение как самого ТВЭЛа, так и дистанционирующей решетки, что также снижает надежность дистанционирующей решетки.

Технической задачей изобретения является повышение надежности дистанционирующей решетки за счет исключения сварки ячеек между собой и снижение себестоимости изготовления за счет безотходного изготовления поля ячеек.

Эта техническая задача решается тем, что в дистанционирующей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей поле гексагональных ячеек для размещения тепловыделяющих элементов с внутренними выступами в каждой гексагональной ячейке, согласно изобретению поле гексагональных ячеек сформировано из целого листа по предварительно горизонтально выполненным линейным просечкам на нем между противоположными углами будущих гексагональных ячеек с расстоянием в ряду между линейными просечками, равным длине грани гексагональной ячейки, с расстоянием между рядами линейных просечек, равным половине высоты гексагональной ячейки, с осевым смещением линейных просечек ряда относительно другого ряда линейных просечек, равным половине расстояния между центрами соседних линейных просечек одного ряда, а у сформированных гексагональных ячеек каждый их горизонтальный ряд ступенчато смещен по отношению к верхнему ряду гексагональных ячеек на величину половины высоты гексагональной ячейки. Другим отличием является то, что выступы в каждой гексагональной ячейке выполнены в виде пуклевок, параллельно выступам в гексагональных ячейках и параллельно оси ячейки выполнены прорези, выступы выполнены на несмежных гранях гексагональных ячеек.

Безотходное выполнение поля гексагональных ячеек дистанционирующей решетки из одного листа позволит снизить себестоимость изготовления дистанционирующей решетки, а выполнение поля гексагональных ячеек без применения сварки гексагональных ячеек между собой повышает надежность дистанционирующей решетки и тепловыделяющей сборки в целом.

На чертежах представлена дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, где на
фиг.1 - дистанционирующая решетка - общий вид;
фиг.2 - вид сбоку (разрез по ряду);
фиг.3 - листовая заготовка поля гексагональных ячеек;
фиг.4 - фрагмент поля гексагональных ячеек;
фиг.5 - фрагмент поля гексагональных ячеек с ТВЭЛами;
фиг.6 - фрагмент поля гексагональных ячеек с ТВЭЛами.

Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора содержит шестигранный металлический чехол (чехловой вариант тепловыделяющей сборки), либо шестигранный обод 1 (безчехловой вариант тепловыделяющей сборки) с закрепленным в нем точечной сваркой 2 полем гексагональных ячеек 3 с просечками 4 и внутренними выступами 5, либо с пуклевками с размещением просечек 4 параллельно оси ячейки с двух сторон выступа 5 в каждой гексагональной ячейке 3. Выступы 5 со знаками х и о имеют различные направления выпуклости. Поле гексагональных ячеек 3 сформировано из целого листа 6 (фиг. 3) по предварительно выполненным линейным просечкам 7 на нем между противоположными углами α и β будущих гексагональных ячеек 3 с расстоянием L в ряду между линейными просечками 7, равным длине L грани гексагональной ячейки:
L грани = L между просечками 7.

Расстояние Lp между рядами А и В линейных просечек 7 равно половине высоты Н гексагональной ячейки 3: Lp=(1/2)H.

Линейные просечки 7 ряда В относительно линейных просечек 7 ряда А по оси смещены на величину L см, равную половине расстояния Ly между центрами просечек 7: Lсмещ=(1/2)Lцентр.

У сформированных гексагональных ячеек 3 для ТВЭЛ 8, каждый их горизонтальный ряд ступенчато смещен по отношению к верхнему ряду гексагональных ячеек 3, т.е. ряд В ступенчато смещен относительно ряда А на величину N, равную половине высоты Н гексагональной ячейки 3: N=(1/2)H.

Изготовление дистанционирующих решеток осуществляют следующим образом.

Из целого листа на штампе вырубают заготовку 6 поля гексагональных ячеек 3, выполняют просечки 7 под будущие гексагональные ячейки 3 между будущими противоположными углами α и β гексагональных ячеек 3 с расстоянием Lпр в ряду между линейными просечками 7, равным длине Lгр грани гексагональной ячейки, Lграни = L между просечками 7. Расстояние Lряда между рядами А и В, линейных просечек 7, должно быть равным половине высоты Н гексагональной ячейки 3: Lp=(1/2)H.

Линейные просечки 7 ряда В относительно линейных просечек 7 ряда А должны быть по оси смещены на величину L см, равную половине расстояния Lцентр. Между центрами линейных просечек 7: Lсмещ=(1/2)Lцентр.

Одновременно выполняют просечки 4 для выступов 5, либо пуклевки 5 без просечек 4. Поле гексагональных ячеек 3 для ТВЭЛов 8 по предварительно выполненным линейным просечкам 7 формуют так, чтобы каждый горизонтальный ряд гексагональных ячеек 3 был ступенчато смещен по отношению к верхнему ряду гексагональных ячеек 3, т.е. ряд В ступенчато смещен относительно ряда А на величину N, равную половине высоты Н гексагональной ячейки: N=(1/2)H.

Аналогично смещены все последующие ряды.

Сформированное поле гексагональных ячеек 3 помещают в обод 1 и закрепляют точечной сваркой 2, либо используют в чехловой тепловыделяющей сборке.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Технический результат изобретения - повышение надежности дистанционирования за счет исключения сварки ячеек между собой и снижение себестоимости изготовления за счет безотходного изготовления поля ячеек. Поле гексагональных ячеек сформировано из целого листа по предварительно горизонтально выполненным линейным просечкам на нем между противоположными углами будущих гексагональных ячеек с расстоянием в ряду между линейными просечками, равным длине грани гексагональной ячейки, с расстоянием между рядами линейных просечек, равным половине высоты гексагональной ячейки, с осевым смещением линейных просечек ряда относительно другого ряда линейных просечек, равным половине расстояния между центрами соседних линейных просечек одного ряда, а у сформированных гексагональных ячеек каждый их горизонтальный ряд ступенчато смещен по отношению к верхнему ряду гексагональных ячеек на величину половины высоты гексагональной ячейки. Выступы в каждой гексагональной ячейке выполнены в виде пуклевок, параллельно выступам в гексагональных ячейках и параллельно оси ячейки выполнены прорези, выступы выполнены на несмежных гранях гексагональных ячеек. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая поле соединенных между собой гексагональных ячеек для размещения в них ТВЭЛ с внутренними выступами в каждой гексагональной ячейке, отличающаяся тем, что поле гексагональных ячеек сформировано из целого листа по предварительно горизонтально выполненным линейным просечкам на нем между противоположными углами будущих гексагональных ячеек с расстоянием в ряду между линейными просечками, равным длине граней гексагональной ячейки, с расстоянием между рядами линейных просечек, равным половине высоты гексагональной ячейки, с осевым смещением линейных просечек ряда относительно другого ряда линейных просечек, равным половине расстояния между центрами соседних линейных просечек одного ряда, а у сформированных гексагональных ячеек каждый их горизонтальный ряд ступенчато смещен по отношению к верхнему ряду гексагональных ячеек на величину половины высоты гексагональной ячейки. 2. Дистанционирующая решетка по п. 1, отличающаяся тем, что выступы в каждой гексагональной ячейке выполнены в виде пуклевок. 3. Дистанционирующая решетка по п. 1, отличающаяся тем, что параллельно выступам в гексагональных ячейках параллельно оси ячейки выполнены прорези. 4. Дистанционирующая решетка по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что выступы выполнены на несмежных гранях гексагональных ячеек.