Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора Российский патент 2017 года по МПК G21C3/30 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и т.п.), в частности к опорным решеткам, выполняющим одновременно функцию антидебризного фильтра (АДФ).

Известна опорная решетка-фильтр (ОРФ) для ТВС ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов (НК) или несущих труб (НТ) и центральной трубы (ЦТ), и отверстиями для прохода теплоносителя, каждое отверстие для прохода теплоносителя образовано двумя прямыми параллельными линиями и двумя дугами окружностей и имеет длину не более S⋅√3, где S - шаг тепловыделяющих элементов (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 для опирания наконечников твэлов, расположенные по правильной треугольной сетке с шагом S (RU 2447518, опубл. 10.04.2012).

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция ОРФ для ТВС ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины, имеющей в плане форму шестиугольника, с опорными площадками для контакта с наконечниками твэлов, расположенными по правильной треугольной сетке, согласно которой пазы для прохода теплоносителя расположены в каждом треугольном секторе пластины рядами, параллельными соответствующей этому сектору стороне шестиугольника, и образованы пересечением перемычек, перпендикулярных соответствующим сторонам шестиугольника, перемычек, параллельных этим сторонам, а в местах расположения круглых отверстий - и перемычек, ограничивающих круглые отверстия, при этом каждая опорная площадка в форме, близкой к квадрату, расположена в месте общей короткой стенки соответствующих двух смежных пазов и имеет ширину, равную суммарной ширине паза и двух перемычек (RU 2533168, опубл. 20.11.2014).

Данная известная ОРФ имеет более лучшие гидравлические характеристики, чем аналогичная ОРФ (RU 2447518, опубл. 10.04.2012), за счет оптимизации размера опорных площадок и проливных пазов, однако ее эффективность невелика, т.к. в силу цилиндрической конфигурации пазов для протока теплоносителя и ее «прозрачности» в направлении оси ТВС она может пропускать цилиндрические debris-предметы диаметром, меньшим 2 мм, и плоские debris-предметы толщиной менее 2 мм и шириной до 20 мм практически любой длины.

Задачей настоящего изобретения является снижение количества отказов ТВС при эксплуатации, повышение надежности и работоспособности ТВС.

Техническим результатом изобретения является создание конструкции ОРФ лабиринтного типа, обладающей повышенной эффективностью по отношению к улавливанию debris-предметов прямолинейной формы, имеющей при этом КГС не более суммарного КГС опорной решетки и АДФ.

Для достижения данного результата в ОРФ для ТВС ядерного реактора, выполненной в виде перфорированной пластины, имеющей в плане форму шестиугольника (см. фиг. 1), с круглыми отверстиями, предназначенными для установки НК или несущих труб 2 и ЦТ 3, с пазами для прохода теплоносителя 4 и с опорными площадками 1 для контакта с наконечниками твэлов, расположенными по правильной треугольной сетке, опорные площадки имеют форму круга, диаметром не более диаметра торца наконечника твэла, а пазы для прохода теплоносителя расположены равномерно в окружном направлении относительно центров каждого отверстия и опорных площадок в правильных шестигранных призмах 5, соосных с твэлами, НК (НТ) и ЦТ, с вписанным диаметром основания, равным шагу расположения твэлов, причем нижний край пазов смещен в окружном направлении на определенный угол до достижения непрозрачности решетки-фильтра в направлении оси ТВС, а часть паза на выходе теплоносителя из него параллельна оси ТВС.

Пазы для прохода теплоносителя имеют ширину не более 2 мм, что определяется техническими требованиями.

В случае, если профиль пазов 4 имеет форму ломаной прямой, угол наклона паза в нижней половине, на входе теплоносителя в ОРФ, при котором обеспечивается наибольшая эффективность, составляет 15°…25° по отношению к оси ТВС для обеспечения минимального гидравлического сопротивления предлагаемой ОРФ.

В верхней половине, на выходе теплоносителя из ОРФ, канал параллелен оси ТВС для обеспечения минимальных гидродинамических нагрузок в нижней части ТВС и пучка твэлов.

Проливное сечение предлагаемой ОРФ существенно больше, чем у известных ОРФ и штатной несущей решетки за счет того, что опорные площадки имеют круглую форму, диаметром не более диаметра торца наконечника твэла, а проливные пазы расположены оптимально - равномерно вокруг каждого отверстия и опорной площадки.

При шаге решетки твэлов 12,7 мм, диаметре отверстия под НК и ЦТ 6 мм и диаметре опорной площадки 5 мм площадь проливного сечения ОРФ составляет 25030 мм² при минимальной площади проливного сечения штатной несущей решетки ТВС ВВЭР-1000 20283 мм², т.е. на 23% больше, что обеспечивает более низкий КГС.

Предлагаемая ОРФ предназначена для изготовления с использованием перспективной, безотходной аддитивной технологии 3-D печати из нержавеющей стали типа X18Н10Т.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой ОРФ для ТВС ВВЭР-1000.

На фиг. 2 показана конфигурация предлагаемой ОРФ в районе отверстия под НК(НТ) и ЦТ.

На фиг. 3 показана конфигурация предлагаемой ОРФ в районе опорной площадки под твэл.

На фиг. 4 показана форма проливных пазов предлагаемой ОРФ.

Изобретение относится к атомной энергетике. Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора выполнена в виде перфорированной пластины, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов (НК) или несущих труб (НТ) и центральной трубы (ЦТ), с пазами для прохода теплоносителя и с опорными площадками для контакта с наконечниками тепловыделяющих элементов, расположенными по правильной треугольной сетке. Опорные площадки выполнены в форме круга, диаметром не более диаметра торца наконечника твэла. Пазы для прохода теплоносителя расположены равномерно в окружном направлении относительно центров каждого отверстия и опорных площадок в правильных шестигранных призмах, соосных с твэлами, НК (НТ) и ЦТ, с вписанным диаметром основания, равным шагу расположения твэлов, причем нижний край пазов смещен в окружном направлении на определенный угол до достижения непрозрачности решетки-фильтра в направлении оси ТВС, а часть паза на выходе теплоносителя из него параллельна оси ТВС. Изобретение позволяет создать конструкцию ОРФ лабиринтного типа, обладающую повышенной эффективностью. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора (ТВС), выполненная в виде перфорированной пластины, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями, предназначенными для установки направляющих каналов (НК) или несущих труб (НТ) и центральной трубы (ЦТ), с пазами для прохода теплоносителя и с опорными площадками для контакта с наконечниками тепловыделяющих элементов (твэлов), расположенными по правильной треугольной сетке, отличающаяся тем, что опорные площадки выполнены в форме круга, диаметром не более диаметра торца наконечника твэла, а пазы для прохода теплоносителя расположены равномерно в окружном направлении относительно центров каждого отверстия и опорных площадок в правильных шестигранных призмах, соосных с твэлами, НК (НТ) и ЦТ, с вписанным диаметром основания, равным шагу расположения твэлов, причем нижний край пазов смещен в окружном направлении на определенный угол до достижения непрозрачности решетки-фильтра в направлении оси ТВС, а часть паза на выходе теплоносителя из него параллельна оси ТВС.

2. Опорная решетка-фильтр по п. 1, отличающаяся тем, что изготовлена с помощью аддитивной технологии 3-D печати из нержавеющей стали типа Х18Н10Т.