ОПОРНАЯ РЕШЕТКА-ФИЛЬТР ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2012 года по МПК G21C3/30 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.).

Из уровня техники известна опорная решетка ВВЭР-440, например 445.20.030-04, имеющая 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и 24 полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя. Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенными отверстием шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5^+0.1, причем по контуру каждой грани шестигранной опорной решетки расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.31-35). В опорной решетке РК-3 ВВЭР-440 часть отверстий под твэлы используется для установки несущих труб.

Функционально опорная решетка является силовым элементом, удерживающим пучок твэлов при транспортно-технологических операциях (ТТО). В конструкции ТВСА ВВЭР-1000 к ней крепятся направляющие каналы (НК) и центральная труба (ЦТ).

Однако в связи с накоплением по мере эксплуатации АЭС в теплоносителе посторонних дебриз-предметов и преждевременным повреждением по этой причине оболочек твэлов возникла необходимость в оснащении ТВС антидебризными фильтрами (АДФ).

Наряду с недостатком, связанным с существенной анизотропией конструкции, недостатком известной опорной решетки является большая ширина проливных отверстий, способных пропускать дебриз-предметы с линейными размерами до 5 мм.

В зарубежной практике имеются примеры, когда твэлы не крепятся в нижней решетке, а удерживаются за счет трения в ячейках дистанционирующих решеток (ДР), например, AREVA.

В настоящее время такая тенденция появилась и в отечественных проектах, в частности в ТВСА ВВЭР-1000 (RU 2391724 C1, G21C 3/30). Предлагается не закреплять твэлы в опорной решетке, а функции опорной решетки сохранить для ТТО и аварийных ситуаций.

В этом случае можно объединить конструктивно опорную решетку и АДФ. С этой целью предлагается в опорной плите удалить отверстия для крепления твэлов (не выполнять), а проливные отверстия выполнить в виде длинных пазов шириной 2,0…2,2 мм, закругленных по концам. При этом толщина опорной решетки-фильтра (ОРФ) будет больше, чем АДФ, однако меньше, чем опорной плиты, вследствие отсутствия в ОРФ ослабляющего влияния отверстий для установки твэлов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является АДФ ТВСА ВВЭР-1000, представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину с вытянутыми четырехгранными отверстиями шириной 2 мм (RU 2264666, G21C 3/30).

Недостатками данного АДФ являются: малая, порядка 0,6 мм, толщина перемычек между отверстиями (толщина пластины - 8 мм), низкая технологичность, невозможность использования современных высокопроизводительных методов обработки.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции ОРФ, имеющей высокую степень симметрии, что повышает ее прочность, а также повышает ее технологичность.

Данные технические результаты достигаются тем, что ОРФ выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, и отверстиями для прохода теплоносителя. Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том что каждое отверстие для прохода теплоносителя образовано двумя прямыми параллельными линиями и двумя дугами окружностей и имеет длину не более , где s - шаг твэлов в пучке, при этом, по крайней мере, в каждом секторе симметрии решетки отверстия для прохода теплоносителя параллельны друг другу и образуют между собой площадки, расположенные по правильной треугольной сетке с шагом s.

Предлагаемая ОРФ для РК и ТВС типа ВВЭР имеет толщину 8…10 мм для ВВЭР-440 всех поколений, 12…14 мм - для ВВЭР-1000, что позволяет использовать для их изготовления высокопроизводительные технологии лазерной резки, гидроабразивной обработки и даже литья.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена конструкция ОРФ для РК ВВЭР-440 1-2 поколения, имеющая на 1,7% большее проливное сечение, чем описанная выше опорная решетка ВВЭР-440. Перемычки между пазами 1 имеют ширину не менее 1 мм, а пазы 2 имеют ширину 2…2,2 мм. При этом толщина плиты снижена с 18 до 10 мм и условия прочности удовлетворяются с существенным резервом прочности. Результаты расчетов в ПК ANSYS представлены на фиг.2-3.

Конструкция предлагаемой ОРФ имеет высокую степень симметрии, что повышает ее прочность, а также повышает ее технологичность. В центре ОРФ имеется отверстие 3 для крепления ЦТ.

При этом ОРФ имеет на плоскости для упора каждого твэла площадки 4 размером 4…5 мм, что ослабляет гидродинамическое действие теплоносителя на твэл в осевом направлении. Данные площадки расположены по правильной треугольной сетке с шагом, равным шагу расположения твэлов.

На фиг.4 изображена конструкция ОРФ ТВСА ВВЭР-1000, которая аналогична описанной выше конструкции для ВВЭР-440, однако имеет дополнительно 18 отверстий 5 под НК.

В конструкции ОРФ для РК-3 ВВЭР-440 (см. фиг.5) имеются дополнительно 3 отверстия 6 под несущие трубы (НТ).

Параллельное расположение пазов на каждой из частей симметрии позволяет при выполнении их не перпендикулярно плоскости ОРФ сделать ее совершенно непрозрачной «в свету», что повышает ее антидебризные свойства. Одновременно такое расположение пазов позволяет осуществить закрутку теплоносителя с целью выравнивания поля скоростей теплоносителя по сечению пучка твэлов и интенсификации теплообмена.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). В ТВС ядерного реактора опорная решетка одновременно является антидебризным фильтром. Опорная решетка-фильтр выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, и отверстиями для прохода теплоносителя. Она отличается от существующей тем, что каждое отверстие для прохода теплоносителя образовано двумя прямыми параллельными линиями и двумя дугами окружностей и имеет длину не более , где s - шаг твэлов в пучке. При этом в каждом секторе симметрии решетки отверстия для прохода теплоносителя параллельны друг другу и образуют между собой площадки, расположенные по правильной треугольной сетке с шагом s. Технический результат - повышенная прочность и технологичность решетки-фильтра по сравнению с существующей конструкцией. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, и отверстиями для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что каждое отверстие для прохода теплоносителя образовано двумя прямыми параллельными линиями и двумя дугами окружностей и имеет длину не более , где s - шаг твэлов в пучке, при этом, по крайней мере, в каждом секторе симметрии решетки отверстия для прохода теплоносителя параллельны друг другу и образуют между собой площадки, расположенные по правильной треугольной сетке с шагом s.

2. Опорная решетка-фильтр по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для прохода теплоносителя выполнены не перпендикулярно к плоскости решетки.

3. Опорная решетка-фильтр по п.1 и 2, отличающаяся тем, что она выполнена с использованием лазерной, гидроабразивной резки или литья.