СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОНИРУЮЩЕЙ РЕШЕТКИ ИЗ ЦИРКОНИЕВОГО СПЛАВА Российский патент 2002 года по МПК G21C3/34 G21C21/00 

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

Известен способ изготовления дистанционирующей решетки, включающий изготовление из сплава циркония с 1% ниобия шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек с внутренними выступами (см. Б.А.Дементьев. Ядерные энергетические реакторы, 11-е издание. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 44).

Недостатками способа изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава являются
- невысокая упругость выступов ячеек, не способных при установке тепловыделяющих элементов в достаточной мере упруго деформироваться;
- склонность циркония к налипанию и схватыванию (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. М.: Иностранная литература, 1959, с. 162-163), что не исключает повреждений поверхности циркониевой оболочки ТВЭЛ при сборке ТВС;
- внутренние напряжения, возникающие при точечной сварке ячеек между собой, не исключающие деформацию и перекос ячеек в дистанционирующей решетке и соответственно не исключающие повреждений поверхности ТВЭЛа при запрессовке их в ячейки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающий изготовление из сплава циркония с 1% ниобия шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек с внутренними выступами (см. патент RU 2127001 по заявке 97104685/25 от 27.03.1997, опубликован 27.02.1999, бюллетень 6, МКИ 6 G 21 C 3/34. Дистанционирующая решетка ТВС). Известные недостатки известного способа присущи и способу-прототипу.

Кроме того, из-за невысокой упругости упомянутых выступов ячеек и применения при запрессовке ТВЭЛ в ячейки дистанционирующих решеток наконечников большего диаметра, чем диаметр ТВЭЛа, как расширителей стенок ячеек не исключена возможность образования между ТВЭЛом и стенкой ячейки зазоров, что при работе в ядерном реакторе при колебаниях ТВЭЛа в возможном зазоре может произойти разрушение циркониевой оболочки ТВЭЛа (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. М.: Иностранная литература, 1959, с. 298), так как цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями.

При запрессовке ТВЭЛов в ячейки дистанционирующих решеток с применением конусных расширителей стенок ячеек может возникнуть смещение стенок ячеек, деформация соседних ячеек и станет не возможным запрессовка ТВЭЛ в соседние ячейки дистанционирующей решетки, так как при этом не исключено повреждение ячейки, либо повреждение и разрушение поверхности ТВЭЛа.

Технической задачей изобретения является повышение надежности, упругих свойств ячеек, снижение усилий запрессовки тепловыделяющих элементов в ячейки дистанционирующих решеток при сборке тепловыделяющей сборки и предотвращение повреждений поверхности тепловыделяющих элементов при этом. Эта техническая задача решается тем, что в способе изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающем изготовление шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек; согласно изобретению собранную дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде.

Другими отличиями являются: отжиг осуществляют при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст.; температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха.

Выполнение отжига дистанционирующей решетки при вышеприведенных режимах позволит снять внутренние напряжения с ячеек и обода дистанционирующей решетки, а охлаждение на воздухе с температуры 500^oС до комнатной температуры позволит образовать на поверхности дистанционирующей решетки окисный слой, повысить при этом твердость и прочность за счет кислорода, повысить надежность и упругие свойства ячеек, снизить усилия запрессовки в них тепловыделяющих элементов за счет исключения фактора схватывания между соприкасающимися поверхностями (ТВЭЛами и ячейками дистанционирующей решетки) при сборке тепловыделяющей сборки и предотвратить повреждение поверхности тепловыделяющих элементов при этом.

Способ изготовления дистанционирующей решетки осуществляют следующим образом. Ячейки из циркониевого сплава с 1% ниобия с внутренними выступами выкладывают с образованием поля ячеек с внутренними выступами, точечной сваркой закрепляют между собой ячейки и подвергают обезжириванию, затем поле ячеек закрепляют точечной сваркой к ободу и подвергают обезжириванию. Дистанционирующую решетку подвергают отжигу при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст. Режимы выбраны оптимальными и увеличение температуры выше заданной может привести к короблению дистанционирующей решетки, а снижение температуры не позволит решить техническую задачу. Температуру снижают до 500±20^oС и охлаждают на воздухе с образованием на поверхности дистанционирующей решетки окисной защитной пленки, предохраняющей от коррозии. Режимы также выбраны оптимальными. Образовавшийся на поверхности ячеек и ободе окисный слой позволяет решить поставленную техническую задачу и, кроме того, при сборке тепловыделяющей сборки отпадает необходимость применения конусных съемных наконечников, используемых как расширители ячеек.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов для дистанционирования тепловыделяющих элементов. Технический результат изобретения - повышение надежности, упругих свойств ячеек дистанционирующей решетки, снижение усилий запрессовки в них тепловыделяющих элементов при сборке тепловыделяющих сборок и предотвращение повреждений поверхности тепловыделяющих элементов. В способе изготовления собранную дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде. Отжиг осуществляют при температуре 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт.ст., температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления дистанционирующей решетки из циркониевого сплава, включающий изготовление шестигранного обода и ячеек с внутренними выступами, размещение в нем и закрепление точечной сваркой между собой и к ободу ячеек, отличающийся тем, что дистанционирующую решетку подвергают отжигу при температуре, времени и разряжении, достаточных для снятия внутренних напряжений без окисления ячеек и обода, а затем температуру снижают до величины, достаточной для образования защитной окисной пленки на поверхности обода и ячеек дистанционирующей решетки, и дальнейшее охлаждение ведут в окислительной среде. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отжиг осуществляют при 580±15^oС в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2•10^-3 мм рт. ст. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что температуру снижают до 500±20^oС, а образование защитной окисной пленки ведут с использованием в качестве окислительной среды атмосферного воздуха.