Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора Российский патент 2017 года по МПК G21C3/30 B01D29/11 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.)

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.: Энергоатомиздат, 1990., рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319), рабочая кассета (РК) которой состоит из пучка твэлов, закрепленного в несущей решетке (HP), головки для обеспечения загрузки-выгрузки и хвостовика.

Из уровня техники известна HP ТВС типа ВВЭР, которая имеет 126 круглых отверстий для установки твэлов, центральное отверстие для установки центральной трубы, 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя. Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенным отверстием, шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5^+0.1, причем по контуру каждой грани шестигранной HP расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990., с. 31-35).

Наряду с недостатком, связанным с существенной анизотропией конструкции, недостатком известной HP являются также большие размеры проливных отверстий. В ТВС ВВЭР они способны пропускать в пучок твэлов цилиндрические предметы диаметром до 5,9 мм и плоские шириной до 13 мм при толщине до 5 мм.

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 анти-debris фильтрами (АДФ), устанавливаемыми в хвостовики ТВС.

В настоящее время все ТВС ВВЭР-440, ВВЭР-1000 оснащены АДФ.

АДФ РК ВВЭР-440 состоит из системы колец увеличивающегося по направлению потока теплоносителя диаметра и имеет кольцевые зазоры, шириной 2 мм, для улавливания частиц с линейным размером 2 мм и более.

В проекте ТВС-2М ВВЭР-1000 разработан АДФ, состоящий из наклонных перфорированных пластин. Предлагаемая конструкция АДФ ТВС-2М собирается из 12 таких пластин, установленных под определенным углом друг к другу с помощью дополнительных ребер в сложную пространственную конструкцию, при этом большая протяженность сварных швов снижает надежность сварных соединений.

Было предложено также оснастить штатные HP дополнительными прутками из проволоки 1,5…2 мм, приваренными на нижнюю поверхность HP в районе проливных отверстий, что в условиях массового производства реализовать практически невозможно.

Данные конструкции АДФ были исследованы в ОАО «ЭНИЦ» и результаты исследований были представлены на 7-й МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 26-27 мая 2010 г. в докладе «Экспериментальное исследование эффективности антидебрисных фильтров кассет ВВЭР-1000».

Рассмотрение имеющихся данных показывает, что конструкции указанных АДФ позволяют с достаточной эффективностью задерживать криволинейные debris-частицы, однако они не технологичны и требуют больших трудозатрат на изготовление.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является АДФ, разработанный для ТВСА ВВЭР-1000, установленный в хвостовике перпендикулярно его оси и представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину толщиной 8 мм с пазами для протока теплоносителя типа «шеврон» 7 (см. фиг. 1) шириной 2 мм (RU 2264666, опубл. 20.11.2005).

Существенным недостатком данного АДФ является малая, порядка 0,6 мм, толщина перемычек между отверстиями при толщине пластины 8 мм, что не позволяет изготовить его с помощью механической обработки. Изготовление его как электроэррозионным способом, так и с помощью гидроабразивной резки приводит к большим трудозатратам.

При этом, эффективность задержания debris-частиц прямолинейной формы - проволоки, диаметром менее 2 мм любой длины и плоских debris-предметов толщиной менее 2 мм и шириной до 20 мм - практически отсутствует.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции АДФ, имеющей высокую эффективность задержания debris-предметов любой формы по сравнению с известными АДФ.

Для устранения этих недостатков предлагается выполнить АДФ из нескольких фильтрующих элементов пластинчатой конструкции с пазами для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, шириной не более 2 мм, наклоненными к оси ТВС под определенным углом, чтобы обеспечить отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки.

Причем, предлагаемый АДФ для повышения эффективности фильтрации может содержать несколько (2…3) фильтрующих элементов пластинчатой конструкции, расположенных по отношению к соседним зеркально относительно плоскости их соприкосновения.

Пластинчатую конструкцию имеют перемешивающие решетки (ПР) ТВСА ВВЭР-1000, а также перспективные пластинчатые ДР для ТВС типа ВВЭР (RU 2518058, 10.06.2014), изготавливаемые в настоящее время на основе цифровой высокоточной и высокопроизводительной технологии газолазерной резки, т.е. серийная технология газолазерной резки освоена.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и работоспособности ТВС типа ВВЭР при снижении трудоемкости ее изготовления.

Данный технический результат достигается тем, что АДФ, установленный в хвостовике тепловыделяющей сборки ядерного реактора перпендикулярно потоку теплоносителя, содержащий ряд взаимно пересекающихся групп пластин, образующих пазы для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, содержит 2…3 фильтрующих элемента, каждый из которых содержит две группы параллельных друг другу пластин, одна из которых параллельна оси тепловыделяющей сборки, а другая расположена под углом к ней, образующих пазы для протока теплоносителя, наклоненные в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под углом, обеспечивающим отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки, причем в каждом из соседних фильтрующих элементов пазы наклонены на один и тот же угол зеркально по отношению к плоскости их соприкосновения.

При этом пазы для прохода теплоносителя имеют ширину не более 2 мм и наклонены в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под углом 15…20°, а высота фильтрующего элемента выбрана такой, чтобы обеспечить отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки.

При этих углах наклона для перекрытия паза шириной 2 мм и обеспечения отсутствия просвета, т.е. непрозрачности АДФ в направлении, параллельном оси ТВС, достаточно толщины фильтрующего элемента 8 мм и более.

Длина пазов предпочтительно соизмерима с шагом твэлов в пучке ТВС, что составляет 10…15 мм.

Толщина пластин, выполненных из нержавеющей стали типа Х18Н10Т, из практических возможностей существующего оборудования находится в диапазоне 0,5…1,0 мм.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен штатный АДФ ТВСА ВВЭР-1000.

На фиг. 2 изображен фильтрующий элемент предлагаемого АДФ ТВС типа ВВЭР.

На фиг. 3 изображен фрагмент предлагаемого АДФ ТВС типа ВВЭР, состоящего из двух фильтрующих элементов.

На фиг. 4 изображены пластины с верхними прорезями, из которых состоит предлагаемый АДФ.

На фиг. 5 изображены пластины с нижними прорезями, из которых состоит предлагаемый АДФ.

Фильтрующий элемент 1 состоит из двух видов пластин: пластины 2 с нижними прорезями 3, параллельные оси ТВС, и наклоненные на определенный угол пластины 4 с верхними прорезями 5, образующие пазы 6 для протока теплоносителя.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР, а именно к фильтрам debris-предметов (АДФ). АДФ выполняют из нескольких фильтрующих элементов пластинчатой конструкции с пазами для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, наклоненными к оси ТВС в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под определенным углом, обеспечивающим отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки. Причем АДФ для повышения эффективности фильтрации может содержать несколько (2…3) фильтрующих элементов пластинчатой конструкции, расположенных по отношению к соседним зеркально относительно плоскости их соприкосновения. Технический результат - повышение эффективности задержания debris-предметов любой формы по сравнению с известными АДФ. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фильтр, установленный в хвостовике тепловыделяющей сборки ядерного реактора перпендикулярно потоку теплоносителя, содержащий ряд взаимно пересекающихся групп пластин, образующих пазы для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, отличающийся тем, что фильтр содержит 2…3 фильтрующих элемента, каждый из которых содержит две группы параллельных друг другу пластин, одна из которых параллельна оси тепловыделяющей сборки, а другая расположена под углом к ней, образующих пазы для протока теплоносителя, наклоненные в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под углом, обеспечивающим отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки, причем в каждом из соседних фильтрующих элементов пазы наклонены на один и тот же угол зеркально по отношению к плоскости их соприкосновения.

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что пазы для протока теплоносителя наклонены под углом 15…20° к продольной оси тепловыделяющей сборки.

3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что пазы для протока теплоносителя имеют ширину не более 2 мм.

4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что толщина пластин составляет 0,5…1,0 мм.

5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что длина пазов составляет 10…15 мм.

6. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что выполнен из нержавеющей стали с помощью газолазерной резки.