ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2015 года по МПК G21C3/356 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энерго-атомиздат, 1990, рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319) [1], которая содержит тепловыделяющие элементы (твэлы), закрепленные в нижней опорной решетке и соединенные между собой дистанционирующими решетками (ДР).

Известна существующая ДР шестиугольной формы для тепловыделяющей сборки ядерного реактора типа ВВЭР, которая состоит из фигурных ячеек, выполненных из циркониевого сплава и соединенных между собой контактной точечной сваркой, и обода (Крамеров А.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов. - М.:Атомизат, 1971, с. 209) [2].

Наиболее близкой к предлагаемой является ДР (патент RU 2256960, G21C 3/34, G21C 21/00), состоящая из обода, периферийных трубчатых ячеек, имеющих две пары плоских граней для сварки с ячейками и одну плоскую грань для сварки с ободом, и полевых трубчатых ячеек, имеющих три пары плоских граней для сварки ячеек между собой, каждая из которых имеет три криволинейные грани, предназначенные для контакта с твэлом, расположенные симметрично относительно продольной оси ячейки. Сварка ячеек между собой и с ободом производится посредством контактной точечной сварки.

Недостатками известной ДР являются низкая технологичность изготовления, выражающаяся в невозможности полной автоматизации сварки ДР, невысокая жесткость ДР на поперечный изгиб и относительно высокое гидравлическое сопротивление.

В известной ДР сварка полевых, а также угловых периферийных ячеек, с ободом производится вручную, т.к. в месте сварки эти ячейки не имеют площадки контакта и контакт происходит по линии, которая перемещается вдоль обода в пределах допусков. Более того, точечный контакт этих ячеек с ободом не позволяет выполнить надежное сварное соединение даже вручную. В связи с этим автоматизация сварки этого соединения практически не выполнима, при этом данное сварное соединение имеет меньший диаметр литого ядра, чем сварное соединение ячеек между собой, т.е. имеет меньшую прочность.

Для обеспечения собираемости пучка ТВС криволинейные грани ячеек имеют технологические заходные участки - заманы. Большая протяженность заманов по контуру ячейки известной ДР приводит к ухудшению гидравлической характеристики ДР за счет «затенения» ими проходного сечения на входе в ДР.

Наличие больших криволинейных участков в известной ДР приводит также и к снижению изгибной жесткости ДР и депланации ее при поперечных нагрузках в процессе сборки ТВС и термомеханических воздействиях при эксплуатации, что приводит к повышению уровня напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов ТВС.

Технической задачей изобретения является создание ДР с высокой технологичностью, жесткостью, прочностью и улучшенной гидравлической характеристикой.

Технический результат достигается за счет уменьшения протяженности криволинейных участков контура ячеек, путем введения на криволинейных гранях, симметрично относительно их оси, плоских площадок, предназначенных для сварки ячеек с ободом и ориентированных параллельно граням обода.

При этом дополнительные плоские грани в предлагаемой ДР используются для увеличения качества и прочности сварного соединения ячеек с ободом, т.к. они дают возможность увеличить литое ядро до размера литого ядра сварного соединения ячеек между собой. Контакт ячеек с ободом по плоскости в предлагаемой ДР позволяет также автоматизировать процесс сварки ДР в целом, что приводит к снижению трудоемкости изготовления ДР.

Наибольшее снижение трудоемкости предлагаемой ДР может быть достигнуто, если сварка ячеек с ободом выполнена лазерной сваркой, а в пределе, когда все сварные соединения выполнены лазерной сваркой.

Предлагаемая ДР может быть выполнена из циркониевого сплава или нержавеющей стали.

Предлагаемая конструкция ДР поясняется следующими графическими материалами.

На фиг. 1 изображена предлагаемая ДР ТВС ВВЭР (вид сверху).

На фиг. 2 изображена полевая ячейка существующей ДР.

На фиг. 3 изображена полевая ячейка предлагаемой ДР.

На фиг. 4 изображена периферийная ячейка предлагаемой ДР.

Предлагаемая ДР (см. фиг. 1) содержит обод 1 и трубчатые ячейки двух типов: периферийные ячейки 3, приваренные к трем из шести (через одну) граням обода 1 и в его углах, и сваренные с ними и друг с другом полевые ячейки 2, часть из которых также приварена к трем остальным граням обода.

На фиг. 2 показана полевая ячейка известной ДР, которая имеет три грани 5 для дистанционирования твэла и шесть плоских граней 4 для сварки с соседними ячейками. Сварка этих ячеек, а также угловых периферийных ячеек, с ободом в известной ДР производится в точках 6.

На фиг. 3 показана полевая ячейка предлагаемой ДР, которая имеет дополнительно шесть плоских площадок 7, предназначенных для сварки ячейки с ободом.

На фиг. 4 показана периферийная ячейка предлагаемой ДР, которая также имеет дополнительно шесть плоских площадок 7, предназначенных для сварки ячейки с ободом. При этом в угловых ячейках она сваривается с ободом и по грани 8, аналогично известной ДР.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Технической задачей изобретения является создание дистанционирующей решетки (ДР) с высокой технологичностью, жесткостью и прочностью. Техническим результатом изобретения является улучшение механических и гидравлических характеристик ДР за счет уменьшения протяженности криволинейных участков контура ячеек. ДР ТВС ядерного реактора состоит из обода, трубчатых ячеек, имеющих плоские грани для сварки с ячейками и с ободом, и криволинейные грани, предназначенные для контакта с твэлом, расположенные симметрично относительно продольной оси ячейки. На криволинейных гранях, предназначенных для контакта с твэлом, симметрично относительно их оси, расположены плоские площадки, предназначенные для сварки ячеек с ободом, ориентированные параллельно граням обода. Предлагаемая конструкция ДР имеет более высокую технологичность, т.к. позволяет автоматизировать процесс сварки ДР в целом. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, состоящая из обода и трубчатых ячеек, имеющих по шесть плоских граней для сварки ячеек между собой и по три криволинейные грани, предназначенные для контакта с твэлом, расположенные симметрично относительно продольной оси ячейки, отличающаяся тем, что на криволинейных гранях ячеек, симметрично относительно их оси, расположены плоские площадки, предназначенные для сварки ячеек с ободом, ориентированные параллельно граням обода.

2. Дистанционирующая решетка по п. 1, отличающаяся тем, что сварка ячеек между собой и с ободом выполнена контактной точечной сваркой.

3. Дистанционирующая решетка по п. 2, отличающаяся тем, что сварка ячеек с ободом выполнена лазерной сваркой.

4. Дистанционирующая решетка по п. 3, отличающаяся тем, что сварка ячеек между собой выполнена лазерной сваркой.

5. Дистанционирующая решетка по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из циркониевого сплава или нержавеющей стали.