СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЗАДИРОВ НА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТАХ Российский патент 2002 года по МПК G21C21/02 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов.

Известен способ предотвращения образования задиров на стержневых тепловыделяющих элементах (ТВЭЛ) при изготовлении тепловыделяющей сборки (ТВС), включающий расстановку на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами с соосно размещенными ячейками и ввод с самосмазыванием поверхности стержневых ТВЭЛов в соосные ячейки (см. патент Японии (JP) 6060956 B4 от 27.10.87 МПК 5 G 21 C 21/00, от 27.10.87, опубл. 10.08.94 г. Способ сборки топливной сборки).

По патенту JP 6060956 B4 при размещении ТВЭЛов в ячейках заложен принцип предварительного введения в ячейки распорных элементов в виде трубок круглого или многогранного сечения, размеры внутреннего сечения которых превышают размеры наружного сечения стержневых ТВЭЛов, введения в распорные элементы-трубки ТВЭЛов с самосмазыванием их поверхности и удаления распорных элементов из ячеек дистанционирующих решеток.

При введении распорных элементов-труб в ячейки дистанционирующих решеток с сечением больше диаметра стержневого ТВЭЛа не исключено, что стенки ячейки дистанционирующей решетки после удаления распорного элемента-трубы из-за остаточной деформации будут больше диаметра стержневого ТВЭЛа, что ослабит фиксацию стержневого ТВЭЛа в ячейке дистанционирующей решетки. Согласно требованиям ТВЭЛ в ячейке дистанционирующей решетки должен быть прочно, с натягом зафиксирован и должно быть исключено радиальное перемещение стержневых ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток. Однако под действием турбулентного потока теплоносителя в ядерном реакторе не исключена вибрация конструкции ТВС и из-за слабой фиксации стержневого ТВЭЛа в ячейке дистанционирующей решетки не исключена феттинг-коррозия в местах касания ТВЭЛов с металлом ячеек и возможное разрушение стержневого ТВЭЛа (см. Ф.Г. Решетников. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛов энергетических реакторов. Книга 1, -М.: Энергоатомиздат, 1995 г., стр. 187).

Известен способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающий расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой ТВС на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами с соосно размещенными ячейками и ввод с самосмазыванием поверхностей стержневых ТВЭЛов в соосные ячейки (см. патент US 5533077 А от 22.02.95, опубл. 02.07.96, МПК G 21 C 3/32). По патенту US 5533077 А, при размещении ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, заложен тот же принцип предварительного введения в ячейки дистанционирующих решеток распорных элементов-труб, что и по патенту JP 6060956 B4. В распорную трубу вводят ТВЭЛ и фиксируют, а затем трубу удаляют. Недостатком способа является то, что при введении распорной трубы в ячейки не исключено, что стенки ячейки дистанционирующей решетки после удаления распорной трубы из-за остаточной деформации ослабят фиксацию ТВЭЛа, а это может вызвать при работе ТВС в ядерном реакторе феттинг-коррозию.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении ТВС, включающий расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой ТВС на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами с соосно размещенными ячейками и ввод с самосмазыванием поверхностей стержневых ТВЭЛов в соосные ячейки (см. патент Российской Федерации 2140674 по заявке 98103785/06(004265) от 03.03.98 г., МПК 6 G 21 C 21/02. Способ изготовления и сборки ТВЭЛ в ТВС).

В способе-прототипе по патенту 2140674 при размещении стержневых ТВЭЛов в ячейках заложен принцип предварительного образования на поверхности каждого стержневого ТВЭЛа пленочного лакового покрытия, самосмазывания поверхности стержневого ТВЭЛа смазкой перед сборкой ТВС, самоустановки на стержневой ТВЭЛ наконечника с диаметром большим, чем диаметр ТВЭЛа, запрессовки стержневого ТВЭЛа наконечником вперед в ячейки дистанционирующих решеток и съем наконечника со стержневого ТВЭЛа перед нижней решеткой, т.е. наконечник выполняет роль распорного элемента. В случае работы наконечника как распорного элемента способу присущи недостатки по патентам JP 6060956 B4 и US 5533077 A, т. е. не исключается феттинг-коррозия в ядерном реакторе из-за ослабления фиксации стержневого ТВЭЛа в ячейке дистанционирующей решетки. В случае же возврата стенок ячеек в первоначальное положение после прохождения наконечника не исключается повреждение поверхности (царапины, потертости, задиры) стержневого ТВЭЛа о выступы на стенках ячеек. В этом случае не исключается язвенная коррозия циркониевой оболочки стержневого ТВЭЛа, т.к. цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозия в результате истирания между соприкасающимися поверхностями (см. Металлургия циркония. Издательство Иностранная литература, М., 1959 г., стр. 298).

Технической задачей является повышение надежности фиксации стержневых ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, повышение качества сборки, снижение себестоимости изготовления и интенсификация теплосъема с поверхности ТВС в ядерном реакторе.

Эта техническая задача решается тем, что в способе предотвращения образования задиров на стержневых ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающем расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой ТВС на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами с соосно размещенными ячейками и ввод стержневых ТВЭЛов в соосные ячейки; согласно изобретения расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой ТВС на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами осуществляют путем расстановки и временного закрепления ободов дистанционирующих решеток к опорной поверхности и наклонно от каждого обода с обеих его сторон с углом раствора "А" в нижней части обода устанавливают предварительно изготовленные поля собранных и закрепленных друг к другу ячеек так, чтобы оси всех ячеек были параллельны опорной поверхности при наклонном положении поля ячеек, а после свободного ввода стержневых ТВЭЛ во все ячейки полей, последние смыкают вместе со стержневыми ТВЭЛами навстречу друг другу и ободу, вводят поля в обод, закрепляют поля в нем в вертикальном положении и фиксируют стержневые ТВЭЛы наклонно расположенными ячейками в местах их касания торцами стенок. За счет наклонного размещения ячеек относительно стержневого ТВЭЛа осуществляется его надежная фиксация непосредственно самими ячейками в четырех точках двух полей ячеек в одном ободе, что исключает радиальное смещение стержневого ТВЭЛа в ячейке и феттинг-коррозию при работе в ядерном реакторе.

За счет исключения применения распорных элементов (труб, наконечников), пуклевок на ячейках и свободного размещения стержневых ТВЭЛов в ячейках наклонных полей исключается повреждение стержневых ТВЭЛ при сборке ТВС и повышается качество сборки ТВС. Интенсифицируется теплосъем с ТВС в ядерном реакторе за счет не только осевого движения потока теплоносителя, но и под углом в соответствии с направлением осей ячеек. Снижается себестоимость изготовления ТВС за счет исключения применения лакопокраски, нанесения смазки и после сборки ТВС, ее отмывки.

На чертежах представлены фрагменты по осуществлению способа предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС.

Фиг.1 - фрагмент размещения ТВЭЛ в ячейках наклонных полей ячеек.

Фиг.2 - фрагмент фиксации ТВЭЛ наклонными ячейками.

Фиг.3 - фрагмент размещения ТВЭЛ в ячейках дистанционирующей решетки.

Фиг.4 - фрагмент потока теплоносителя в ядерном реакторе.

Перечень позиций, задействованных в способе:
1 - опорная поверхность
2 - тепловыделяющая сборка
3 - обод дистанционирующей решетки
4 - наклонное поле
5 - ячейки
6 - стержневой ТВЭЛ
7 - толкатель
8 - точки касания ячейки с ТВЭЛом.

Способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС осуществляют следующим образом.

На опорную поверхность 1 по всей длине собираемой ТВС 2 на определенном расстоянии друг от друга расстанавливают и временно закрепляют обода 3 дистанционирующих решеток и наклонно от каждого обода 3 с обеих сторон с углом раствора "А" в нижней части обода 3 устанавливают предварительно изготовленные поля 4 собранных и закрепленных друг к другу ячеек 5 так, чтобы оси всех ячеек 5 были параллельны опорной поверхности 1 при наклонном положении поля 4 ячеек с той и с другой стороны обода 3, а после стержневой ТВЭЛ 6 толкателем 7 подается во все ячейки 5, имеющих вписанный диаметр Д больше диаметра Д1 ТВЭЛа 6. После размещения всех стержневых ТВЭЛов 6 во всех ячейках 5 наклонные поля 4 смыкают вместе со стержневыми ТВЭЛами 6 навстречу друг другу, вводят наклонные поля 4 в обод 3, закрепляют поля 4 в нем в вертикальном положении и фиксируют стержневые ТВЭЛы 6 наклонно расположенными относительно стержневых ТВЭЛ 6 ячейками 5 в местах их касания торцами стенок, т.е. каждый ТВЭЛ фиксируется четырьмя точками 8.

Все остальные операции сборки ТВС 2 осуществляются в известном порядке.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов. Технический результат изобретения - повышение надежности фиксации стержневых тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток, повышение качества сборки, снижение себестоимости изготовления и интенсификация теплосъема с поверхности тепловыделяющей сборки в ядерном реакторе. Расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой тепловыделяющей сборки на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами осуществляют путем размещения и временного закрепления ободов дистанционирующих решеток к опорной поверхности и наклонно от каждого обода с обеих его сторон с углом раствора в нижней части обода устанавливают предварительно изготовленные поля собранных и закрепленных друг к другу ячеек так, чтобы оси всех ячеек были параллельны опорной поверхности при наклонном положении поля ячеек, а после свободного ввода стержневых тепловыделяющих элементов во все ячейки полей последние смыкают вместе со стержневыми тепловыделяющими элементами навстречу друг другу и ободу, вводят поля в обод, закрепляют их в нем в вертикальном положении и фиксируют стержневые тепловыделяющие элементы наклонно расположенными ячейками в местах их касания торцами стенок. 4 ил.

Способ предотвращения образования задиров на стержневых тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющей сборки, включающий расстановку на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами с соосно размещенными ячейками и ввод стержневых ТВЭЛов в соосные ячейки, отличающийся тем, что расстановку на опорную поверхность по всей длине собираемой ТВС на определенном расстоянии друг от друга дистанционирующих решеток с ободами осуществляют путем расстановки и временного закрепления ободов дистанционирующих решеток к опорной поверхности и наклонно от каждого обода с обеих его сторон с углом раствора в нижней части обода устанавливают предварительно изготовленные поля собранных и закрепленных друг к другу ячеек так, чтобы оси всех ячеек были параллельны опорной поверхности при наклонном положении поля ячеек, а после свободного ввода стержневых ТВЭЛ во все ячейки полей, последние смыкают вместе со стержневыми ТВЭЛами навстречу друг другу и ободу, вводят поля в обод, закрепляют поля в нем в вертикальном положении и фиксируют стержневые тепловыделяющие элементы наклонно расположенными ячейками в местах их касания торцами стенок.