ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2002 года по МПК G21C3/32 

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

Известна ТВС ядерного реактора ВВЭР-440, включающая пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с ТВЭЛами нижним концом в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, чехол в виде охватывающей весь пучок ТВЭЛов шестигранной трубы, присоединенной одним концом к хвостовику, головку, закрепленную на другом конце чехла, и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. Учебник для ВУЗов. 2-е изд. перераб. и доп., М., Энергоатомиздат, 1990 г., с. 31-35).

Известна также ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000, включающая пучок ТВЭЛов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. М., Энергоатомиздат, 1990 г. , с.44, рис.2.13).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является тепловыделяющая сборка ядерного реактора ВВЭР-1000, включающая пучок ТВЭЛов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 1. Под ред. Ф.Г. Решетникова, М., Энергоатомиздат, 1995 г., стр.186-187, рис.7.1.).

В ТВС - прототипе и в ТВС - аналогах элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, выполнены в виде внутренних выступов в каждой ячейке, прочно с натягом, фиксирующие пропущенные сквозь ячейки ТВЭЛы. Это предупреждает радиальные перемещения ТВЭЛов в ячейках, которые могут быть возбуждены вибрацией конструкции под действием турбулентного потока теплоносителя. Таким путем исключается возникновение феттинг-коррозии в местах касания оболочек ТВЭЛов с металлом ячеек (см. там же, стр. 187).

Однако при сборе ТВЭЛов в ТВС, например для ядерного реактора ВВЭР-1000, стержневые ТВЭЛы необходимо пропустить через ячейки пятнадцати дистанционирующих решеток (см. там же, стр. 184, 185, п.7.2), ячейки которых снабжены внутренними выступами, прочно с натягом фиксирующие пропущенные через них ТВЭЛы (см. там же стр. 187).

Известно, что в качестве материала, применяемого для оболочек ТВЭЛов, используют сплав циркония с 1% ниобия (см. там же, стр.127, п.6.2), который отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды, (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. Издательство иностранной литературы. М., 1959 г., стр. 298). В связи с этим для предотвращения повреждения оболочки ТВЭЛа при сборке ТВЭЛов в ТВС перед сборкой на поверхность ТВЭЛов наносится защитное покрытие - водорастворимый поливиниловый спирт, который, высыхая, образует защитное пленочное покрытие (см. патент Российской федерации 2127002 от 10.07.96, опубл. 27.02.99 г.). Кроме этого для защиты поверхности ТВЭЛов от задиров в процессе сборки ТВЭЛ в ТВС на поверхность ТВЭЛа наносят жидкую смазку, устанавливают наконечник с диаметром большим, чем диаметр ТВЭЛа, наконечником вперед запрессовывают ТВЭЛ (см. патент Российской Федерации 2140674 от 03.03.98 г.).

Такая предварительная подготовка поверхности ТВЭЛа перед запрессовкой в ячейки дистанционирующих решеток увеличивает себестоимость изготовления ТВС. Однако защита лаком (поливиниловым спиртом), смазкой и использование съемных наконечников для ослабления трения внутренних выступов ячеек о поверхность ТВЭЛа не исключает образования царапин, задиров на поверхности ТВЭЛа, что снижает качество сборки ТВС и не дает возможности повышения срока службы в ядерном реакторе, так как наконечник ячейки дистанционирующих решеток только в первый момент раздвигает выступы ячеек, а затем выступы либо смыкаются, образуя царапины на поверхности ТВЭЛа, либо не смыкаются. Во втором случае, когда выступы после прохождения через них наконечника не смыкаются, это приводит к ослаблению фиксации ТВЭЛа в ячейке, возможному радиальному смещению ТВЭЛа под воздействием потока теплоносителя и к феттинг-коррозии в местах касания оболочек ТВЭЛов с металлом ячеек (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛ энергетических реакторов. Книга 1, стр.187).

Технической задачей изобретения является повышение качества сборки ТВС и повышение срока службы ТВС в ядерном реакторе за счет исключения повреждений поверхности ТВЭЛов при их сборке в ТВС и снижение себестоимости изготовления.

Эта техническая задача решается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, включающей пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных и закрепленных на трубчатых каналах вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках; согласно изобретению каждая дистанционирующая решетка каркаса снабжена, по крайней мере, второй дистанционирующей решеткой, установленной при изготовлении тепловыделяющей сборки с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках, выполнены в нижней части ячеек дистанционирующих решеток каркаса, а внутренние выступы в ячейках вторых дистанционирующих решеток - взаимно противоположно в верхних частях ячеек, причем после сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющую сборку в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток образован узел фиксации тепловыделяющих элементов в совмещенных ячейках обеих дистанционирующих решеток внутренними выступами.

Другим отличием является то, что суммарная ширина дистанционирующих решеток не превышает заданной ширины дистанционирующей решетки.

Выполнение элементов фиксации ТВЭЛов в нижней части ячеек дистанционирующей решетки каркаса и других элементов фиксации ТВЭЛов в верхней части ячеек второй дистанционирующей решетки, установленной с возможностью смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, позволит собрать ТВС укладкой, размещением ТВЭЛов в ячейках обеих решеток без какого-либо существенного трения о стенки обеих решеток, без царапин, задиров, что повысит качество сборки ТВС, срок ее службы в ядерном реакторе и снизит себестоимость изготовления за счет исключения подготовки поверхности ТВЭЛ к сборке ТВС, а в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток, закрепления их в ободе с соосным расположением ячеек обеих решеток будет образован надежный узел фиксации ТВЭЛ в совмещенных ячейках обеих решеток, исключающий радиальное смещение ТВЭЛ в ячейках при работе ТВС в ядерном реакторе и феттинг-коррозию.

На чертежах представлена тепловыделяющая сборка ядерного реактора; где
На фиг.1 представлена тепловыделяющая сборка;
На фиг.2 - каркас;
На фиг. 3 - фрагмент ячеек дистанционирующих решеток до и после сборки ТВС;
На фиг.4 - узел фиксации ТВЭЛ.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает пучок тепловыделяющих элементов 1, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток 2 шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах 3, закрепленных вместе с ТВЭЛами 1 нижними заглушками в нижней решетке 4, хвостовик 5, соединенный с нижней решеткой 4 с помощью переходников 6, закрепленных в углах этой решетки 4, головку 7 и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов 1 в ячейках 8 в виде внутренних выступов 9 в ячейках 8. Каждая дистанционирующая решетка 2 каркаса снабжена второй дистанционирующей решеткой 10 и установлена с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки 2 каркаса. Элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов 1 в ячейках 8, размещены в нижней части ячеек 8 дистанционирующих решеток 2 каркаса. Внутренние выступы 11 в ячейках 12 вторых дистанционирующих решеток 10 размещены взаимно противоположно в верхних частях ячеек 12. Для соосной совместной фиксации дистанционирующих решеток предназначен обод 13.

ТВС собирают следующим образом. Каркас, содержащий трубчатые каналы 3, закрепленные в нижней решетке 4 и закрепленные на трубчатых каналах 3 дистаиционирующие решетки 2 вместе с дистанционирующими решетками 10, установленными с возможностью смешения вверх, закрепляют временно на опорную поверхность. На внутренние выступы 9 ячеек 8 размещают ТВЭЛы 1 так, что они одновременно при сборке проходят через ячейки 12 дистанционирующей решетки 10 и закрепляются в нижней решетке 4. Ячейки 8, 12 дистанционирующих решеток 2, 10 совмещают по периметру ободом 13 и закрепляют. Образованный при совмещении дистанционирующих решеток 2, 10 узел фиксации в каждых совмещенных ячейках 8, 12 надежно, с натягом фиксирует внутренними выступами 9 в одной ячейке 8 и внутренними выступами 11 в другой ячейке 12 тепловыделяющий элемент 1. На собранную ТВС закрепляют хвостовик 5 и головку 7.

Сущность изобретения: тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает пучок тепловыделяющих элементов 1, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток 2 шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах 3, закрепленных вместе с тепловыделяющими элементами 1 нижними заглушками в нижней решетке 4. Тепловыделяющая сборка также имеет хвостовик 5, соединенный с нижней решеткой 4 с помощью переходников 6, закрепленных в ее углах, головку 7 и элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках, выполненных в них в виде внутренних выступов. Каждая дистанционирующая решетка 2 каркаса снабжена второй дистанционирующей решеткой, установленной с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки 2 каркаса. Внутренние выступы в ячейках вторых дистанционирующих решеток размещены взаимно противоположно в их верхних частях. Для соосной совместной фиксации дистанционирующих решеток предназначен обод. Преимуществами изобретения являются повышение качества тепловыделяющей сборки, увеличение срока ее службы и снижение себестоимости при ее изготовлении. 4 ил.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток, в виде внутренних выступов в ячейках, отличающаяся тем, что каждая дистанционирующая решетка каркаса снабжена, по крайней мере, второй дистанционирующей решеткой, установленной при изготовлении тепловыделяющей сборки с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках, выполнены в нижней части ячеек дистанционирующих решеток каркаса, а внутренние выступы в ячейках вторых дистанционирующих решеток - взаимно противоположно в верхних частях ячеек, причем после сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющую сборку в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток образован узел фиксации тепловыделяющих элементов в совмещенных ячейках обеих дистанционирующих решеток внутренними выступами.