ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2003 года по МПК G21C3/32 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерного реактора.

Известна тепловыделяющая сборка для ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), концевые детали и чехол, соединенный с концевыми деталями (см. патент 2092914 Российской федерации, МКИ 6 G 21 С 3/00 по заявке 94028876/25 от 02.08.1994, опубликованный 10.10.1997). Данная конструкция позволяет повысить технологичность, надежность и качество соединения чехла ТВС с концевой деталью и снизить металлоемкость конструкции ТВС за счет уменьшения толщины листа металла, из которого изготавливается чехол. Однако при сборке ТВС между чехлом и пучком ТВЭЛов конструктивно образован зазор для лучшей сборки пучка ТВЭЛов в чехол, длина которого в зависимости от типа ядерного реактора, типа ТВС может колебаться от 2552 мм для ТВС ядерного реактора ВВЭР-440 и до 3831 мм для ТВС модели 493.06.000, разработанной на ОАО НЗХК 23.06.1998 для ядерного реактора ВВЭР-1000. Известно также, что ТВЭЛы в циркониевой оболочке с диаметром 9,1 мм как для ТВС ВВЭР-440, так и для ТВС ВВЭР-1000 имеют практически нулевую осевую жесткость, что в условиях работы в ядерном реакторе при давлении теплоносителя 12.5-16.0 мПа и температуре теплоносителя 300-322^oС (см. Б. А.Дементьев. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 47-48) не исключает вибрации пучка ТВЭЛ в чехле, а если учесть, что крепеж к концевым деталям чехла осуществлен по его торцам, то возможно и соударение о внутреннюю стенку чехла ободов средней части дистанционирующих решеток, в ячейках которых размещены ТВЭЛы. При этом возможно разрешение ободов дистанционируюших решеток и ТВЭЛ, так как оболочки ТВЭЛ и обода дистанционирующих решеток изготовлены из сплава циркония, а цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями под влиянием колебаний при очень малых амплитудах (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. /Под редакцией Г.А.Меерсона. М. : Издательство иностранной литературы, 1959, с. 298).

Наиболее близкой по технической сущности, полноте и достигаемому техническому эффекту является тепловыделяющая сборка, имеющая шестигранную форму, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с тепловыделяющими элементами в нижней решетке, хвостовик и верхнюю головку, закрепленных по торцам к шестигранной чехловой трубе из циркониевого сплава, охватывающей весь пучок тепловыделяющих элементов (см. Дементьев Б. А. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 31-35). Данная ТВС более полно раскрывает конструкцию, но имеет тот же недостаток, что и описанная выше.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и срока эксплуатации тепловыделяющей сборки. Эта техническая задача решается тем, что в тепловыделяющей сборке, имеющей шестигранную форму, содержащей пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с тепловыделяющими элементами в нижней решетке, хвостовик и верхнюю головку, закрепленных по торцам к шестигранной чехловой трубе из циркониевого сплава, охватывающей весь пучок тепловыделяющих элементов; согласно изобретению на каждой грани шестигранного обода дистанционирующей решетки под углом к оси дистанционирующей решетки выполнены, по крайней мере, две параллельные друг другу просечки под углом к оси дистанционирующей решетки, а на полосках обода между просечками образованы пружинящие выступы, перекрывающие зазор между внутренней поверхностью шестигранной чехловой трубы и поверхностью шестигранного обода дистанционируюшей решетки, обеспечивающие сборку пучка ТВЭЛ в шестигранную чехловую трубу с натягом и являющиеся интенсификаторами теплосъема. Другим отличием является то, что на каждой грани обода дистанционирующей решетки угол просечки относительно оси дистанционирующей решетки больше 0^o, но меньше 90^o, наклон просечек направлен в одну сторону и длина просечек менее высоты обода. Выполнение вышеуказанных пружинящих выступов на каждой грани дистанционирующей решетки обеспечит ее центровку относительно внутренней поверхности шестигранной чехловой трубы, позволит погасить вибрацию при работе в ядерном реакторе, соответственно повысит надежность и срок эксплуатации тепловыделяющей сборки и позволит образовать вокруг каждой тепловыделяющей сборки центробежный поток теплоносителя, обеспечивающий лучший теплосъем.

На чертежах представлена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, где
на фиг.1 изображен общий вид ТВС,
на фиг. 2 - фрагмент зазора между чехловой трубой и дистанционирующей решеткой,
на фиг.3 - обод дистанционирующей решетки с пружинящими выступами,
на фиг.4 - фрагмент пружинящего выступа.

Тепловыделяющая сборка шестигранной формы содержит пучок ТВЭЛ 1, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток 2, смонтированных на центральном трубчатом канале 3, закрепленном вместе с ТВЭЛами в нижней решетке 4, хвостовик 5 и верхнюю головку 6, закрепленных по торцам к шестигранной чехловой трубе 7 из циркониевого сплава, охватывающей весь пучок ТВЭЛ 1. На каждой грани 8 шестигранного обода 9 дистанционирующей решетки 2 выполнены, по крайней мере, две параллельные друг другу просечки 10 под углом α больше 0^o, но меньше 90^o к оси дистанционирующей решетки 2, а на полосках 11 обода 9 между просечками 10 образованы пружинящие выступы 12, перекрывающие зазор 13 между внутренней поверхностью шестигранной чехловой трубы 7 и поверхностью шестигранного обода 9 дистанционирующей решетки 2, обеспечивающие сборку пучка ТВЭЛ 1 в шестигранную чехловую трубу 7 с натягом и являющиеся интенсификаторами теплосъема. Наклон просечек 10 направлен в одну сторону и длина просечек меньше высоты обода 9.

Дистанционирующую решетку 2 изготавливают путем выполнения на каждой грани 8 шестигранного обода 9 дистанционирующей решетки 2, по крайней мере, двух параллельных друг другу просечек 10 под углом α больше 0^o, но меньше 90^o к оси дистанционирующей решетки 2, а на полосках 11 обода 9 между просечками 10 образуют пружинящие выступы 12. Тепловыделяющую сборку собирают следующим образом. Предварительно собирают каркас из дистанционирующих решеток 2, закрепленных на центральном трубчатом канале 3, а затем в ячейки дистанционирующих решеток 2 вводят ТВЭЛы 1, нижние концы которых и нижний конец центрального трубчатого канала 3 закрепляют в нижней решетке 4. Собранный пучок ТВЭЛ 1 под собственным весом вводят в шестигранную чехловую трубу 7. Пружинящие выступы 12 при этом работают как пружины. Закрепляют по торцам шестигранной чехловой трубы 7 верхнюю головку 6 и хвостовик 5.

Тепловыделяющая сборка работает следующим образом. Благодаря тому, что пружинящие выступы 12 имеют наклон в одну сторону, то теплоноситель приобретает центробежное вращение, улучшающее теплосъем, пружинящие выступы перекрывают зазор 13 между чехловой трубой 7 и ободом 9 дистанционирующей решетки 2, что позволяет гасить вибрацию при работе в ядерном реакторе и тем самым повышается надежность и срок эксплуатации тепловыделяющей сборки. При превышении угла направленности пружинящих выступов выше заданного пружинящий выступ будет работать как дополнительное сопротивление потоку теплоносителя, что не желательно.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерного реактора. Технический результат достигается выполнением на каждой грани шестигранного обода дистанционирующей решетки (ТВС) по крайней мере двух параллельных друг другу просечек под углом к оси дистанционирующей решетки больше 0^o, но меньше 90^o и выполнением на полосках обода между просечками пружинящих выступов, перекрывающих зазор между внутренней поверхностью шестигранной чехловой трубы и поверхностью шестигранного обода дистанционирующей решетки, обеспечивающих сборку пучка тепловыделяющих элементов в шестигранную чехловую трубу с натягом и являющихся интенсификаторами теплосъема. Повышается надежность и срок эксплуатации ТВС. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Тепловыделяющая сборка, имеющая шестигранную форму, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с тепловыделяющими элементами в нижней решетке, хвостовик и верхнюю головку, прикрепленные по торцам к шестигранной чехловой трубе из циркониевого сплава, охватывающей весь пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), отличающаяся тем, что на каждой грани шестигранного обода дистанционирующей решетки выполнены по крайней мере две параллельные друг другу просечки под углом к оси дистанционирующей решетки, а на полосках обода между просечками образованы пружинящие выступы, перекрывающие зазор между внутренней поверхностью шестигранной чехловой трубы и поверхностью шестигранного обода дистанционирующей решетки, обеспечивающие сборку пучка ТВЭЛ в шестигранную чехловую трубу с натягом и являющиеся интенсификаторами теплосъема. 2. Тепловыделяющая сборка по п. 1, отличающаяся тем, что на каждой грани обода дистанционирующей решетки угол просечки относительно оси дистанционирующей решетки больше 0^o, но меньше 90^o, наклон просечек направлен в одну сторону и длина просечек менее высоты обода дистанционирующей решетки.