Тепловыделяющая сборка ядерного реактора Российский патент 2017 года по МПК G21C3/326 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.

Проблема заключается в том, что в некоторых конструкциях ТВС ядерных реакторов имеет место локальное увеличение потока нейтронов, которое негативно сказывается на их эксплуатационных характеристиках, в том числе на безопасности и энерговыработке АЭС.

Из уровня техники известна конструкция кассеты АРК, которая является рабочим органом СУЗ ядерного реактора ВВЭР-440 и обеспечивает быстрое прекращение ядерной реакции при срабатывании аварийной защиты, автоматическое регулирование мощности реактора, компенсацию изменения реактивности (отравление, мощностной и температурный эффекты) путем частичного или полного введения в активную зону (АЗ) поглотителя (см. Зверков В.В., Игнатенко Е.И. Ядерная паропроизводящая установка с ВВЭР-440. М.: Энергоатомиздат, 1987, рис. 12, с. 18), состоящая из ТВС и поглощающей надставки. ТВС АРК состоит из пучка твэлов, закрепленного в несущей решетке, расположенного в шестигранном чехле, головки для соединения с приводом и хвостовика с демпфером.

В процессе работы ТВС перемещается по высоте АЗ, в результате чего на стыке ее с надставкой возникает всплеск потока нейтронов, приводящий к увеличению температуры твэлов и теплоносителя на выходе из ТВС.

Для компенсации этого негативного явления в настоящее время в верхней части чехла привариваются поглощающие нейтроны шесть гафниевых пластин, снижающие всплеск потока нейтронов в этом месте.

Однако конструктивно при наличии всплеска нейтронов в других местах такой метод использовать не представляется возможным.

В ТВС реактора РБМК-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990., рис. П. 8.5, с. 319), сборка состоит из двух кассет. На стыке кассет в центре АЗ между заглушками верхнего и нижнего пучков твэлов имеется зазор, приводящий к всплеску потока нейтронов. Величина этого всплеска в допустимых пределах компенсируется конструктивным ограничением величины зазора, который по мере радиационного роста твэлов в процессе эксплуатации уменьшается, тем самым автоматически обеспечивая уменьшение всплеска нейтронов.

В некоторых конструкциях ТВС всплеск нейтронов локализуется в нижней части пучка твэлов и было предложено компенсировать его с помощью дополнительной поглощающей решетки (ПР), установленной на уголках внутри чехла в нижней части пучка твэлов.

Данный метод является наиболее универсальным, т.к. ПР может быть установлена практически в любом месте пучка твэлов по высоте ТВС.

Наиболее близкой к предлагаемой является известная ТВС с ПР, которая представляет собой три группы пластин, образующих вокруг твэлов правильные шестиугольники, имеющие вписанный диаметр, больше диаметра оболочки твэла. Пластины ПР соединены друг с другом в местах пересечения с помощью пазов и сварены электронно-лучевой сваркой, аналогично перемешивающим решеткам ТВСА ВВЭР-1000 (RU67760 от 27.10.2007).

Существенным недостатком известной пластинчатой конструкции ПР является большое количество деталей, сложность сборки и сварки (более 300 швов электронно-лучевой сварки и точечная сварка с уголками), значительно увеличивающих трудоемкость изготовления.

Также пластинчатым решеткам свойственно существенное гидравлическое сопротивление за счет большой смоченной поверхности и малого гидравлического диаметра при одинаковом поперечном сечении, что увеличивает гидравлическое сопротивление ТВС в целом.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции ТВС с ПР, имеющей более простую конструкцию, минимальный объем сварки, более низкую трудоемкость изготовления, меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с известной ТВС при сохранении поперечного сечения ПР, определяющего ее поглощающую способность.

Для устранения этих недостатков предлагается ТВС выполнить с ПР в виде толстой перфорированной пластины, имеющей конические отверстия, с равной поглощающей способностью. При этом в предлагаемой ТВС ПР изготавливается с помощью гидроабразивной резки и установлена широкой частью конусов навстречу потоку теплоносителя.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, уменьшение объема сварки до минимального (остается только сварка с уголками), уменьшение гидравлического сопротивления за счет уменьшения смоченного периметра ПР и снижение трудоемкости ее изготовления при сохранении поглощающей способности.

Данный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок твэлов, расположенный в шестигранном чехле по правильной треугольной сетке, ПР выполнена в виде шестигранной перфорированной пластины, имеющей конические отверстия для прохода твэлов, диаметр которых больше диаметра оболочки твэла, ориентированной широкой стороной отверстий навстречу потоку теплоносителя, шестигранное отверстие в центральной части и выступы в шести углах по периферии для фиксации ее в чехле.

ПР может быть установлена в пучке твэлов на любой высоте, в том числе и в нижней части.

Диаметр отверстий для прохода твэлов в ПР больше диаметра оболочки твэлов на 0,9…1,4 мм.

ПР, предпочтительно, выполнена из нержавеющей стали.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена ТВС.

На фиг. 2 изображена ПР известной ТВС.

На фиг. 3 изображена ПР предлагаемой ТВС.

Предлагаемая ТВС содержит головку 1, хвостовик 2, поглощающую решетку 3, дистанционирующие решетки 4, твэлы 5.

Известная ПР содержит пластины 6, сваренные в местах пересечения 7.

Для прохождения твэлов известная ПР имеет шестигранные отверстия 8. Закрепляется известная ПР точечной сваркой шести угловых пластин 9 с уголками ТВС.

Предлагаемая ПР выполнена в виде перфорированной пластины 10, имеющей конические 11 и продолговатые отверстия 14 с конусностью для прохода твэлов. На внутреннем и наружном контурах ПР имеет полуотверстия 12. Закрепление ПР производится путем сварки ее в шести углах 13 с уголками ТВС.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструкциям тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Для локального подавления всплеска нейтронов предложено использовать дополнительную поглощающую решетку (ПР), установленную на уголках внутри чехла в пучке. ТВС с ПР выполняют в виде толстой перфорированной пластины с коническими отверстиями, ориентированной широкой стороной отверстий навстречу потоку теплоносителя, ПР изготавливают с помощью гидроабразивной резки. Технический результат - упрощение конструкции ТВС и ПР, уменьшение объема сварки до минимального (остается только сварка с уголками), уменьшение гидравлического сопротивления и снижение трудоемкости ее изготовления при сохранении поглощающей способности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок твэлов, расположенный в шестигранном чехле по правильной треугольной сетке, и поглощающие нейтроны элементы, отличающаяся тем, что поглощающие элементы выполнены в виде шестигранной перфорированной пластины, имеющей конические отверстия для прохода твэлов, диаметр которых больше диаметра оболочки твэла, ориентированной широкой стороной отверстий навстречу потоку теплоносителя, шестигранное отверстие в центральной части и выступы в шести углах по периферии для фиксации ее в чехле.

2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что отверстия для прохода твэлов имеют диаметр на 0,9…1,4 мм больше диаметра оболочки твэлов.

3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что перфорированная пластина выполнена из нержавеющей стали с использованием гидроабразивной резки.