СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ Российский патент 2020 года по МПК G21C3/00 G21C3/32 G21C3/322 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано, например, в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерных энергетических установок.

Известен способ работы ТВС, заключающийся в подаче теплоносителя на вход ТВС, пропускании теплоносителя вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей тепловыделяющих элементов (твэл), выделении тепла в твэлах, отводе тепла с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл (Ф.Я. Овчинников, В.В. Семенов Эксплуатационные режимы ВВЭР. М. Энергоатомиздат. 1988 г. С.149, [1]).

Основной недостаток способа работы ТВС в том что, он не позволяет получить высокую энергонапряженность сборки. Последнее обусловлено следующим. Поскольку запасы до кризиса теплообмена определяются по среднесмешанным параметрам сборки (по сечению) расчетные значения критических тепловых потоков КТП могут значительно отличаться от тех, которые имеют место в реальной ситуации. Это обусловлено тем, что в ТВС всегда присутствуют необогреваемые элементы (ПЭЛ, стержни СУЗ), наличие которых приводит к значительному снижению КТП, по сравнению с теми КТП, которые имеют место в ТВС с теплогидравлически равноценными ячейками. В настоящее время практически отсутствуют методики расчета КТП в ТВС с теплогидравлически неравноценными ячейками. Методики, используемые для оценок запасов до кризиса, несовершенны и определяют КТП с большой погрешностью. (Pometko R.S., Boltenko Е.А. et all. The critical Heat Flux in WWER Fuel Subassembly Model with Nonuiform Crossectional Parameters Distubution / NURETH -8, September 30-October, 1997, Japan, [2].). Для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, связанных с неверным определением КТП, запасы до кризиса завышают, тем самым снижая энергонапряженность и, соответственно, экономичность ТВС.

Одна из причин низких значений КТП в том, что теплоноситель по сечению ТВС слабо перемешивается. Последнее приводит к тому, что в ячейках ТВС теплоноситель имеет различные параметры (температуры, скорости и т.д.). Любое возмущение на входе передается практически на выход сборки. В связи с этим локальное ухудшение теплогидравлической обстановки в ячейке ТВС приводит к локальному ухудшению температурного режима твэла (при соответствующих тепловых потоках) - кризису теплосъема выходу его и, соответственно, ТВС из строя. Для повышения энергонапряженности ТВС используют различные методы перемешивания теплоносителя и интенсификации теплосъема [3].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ работы ТВС, заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, и отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей. Массообмен между ячейками ТВС достигается с помощью дистанционирующих решеток (ДР) различной конструкции. (Перепелица Н.И. Дистанционирующие решетки со смесительными элементами для ТВС PWR. Обзор. Атомная техника за рубежом, 2010. №8. с. 3-10).

Для усиления воздействия на поток в ряде случаев используются промежуточные смесительные решетки. Анализ различных конструкций дистанционирующих решеток показал, что внедрение промежуточных смесительных решеток вместе с ДР смесительными решетками (шаг 340 мм) способно обеспечить дополнительное повышение тепловой мощности~ на 10%. Вклад турбулизации в повышение тепловой мощности для перспективных конструкций смесительных решеток составляет: примерно 10% при шаге расположения 250 мм и 2% при шаге расположения 500 мм, [4]. Использование смесительных решеток (3-4 решетки) между дистанционирующими гладкими способно обеспечить повышение мощности на 2-3%. Для улучшения массообмена между ячейками предлагается.

1. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл отличающийся тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.

2. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами по п. 1 отличающийся тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении массообмена между ячейками, что достигается тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении массообмена между ячейками, что достигается также тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.

Достижение технического результата обеспечивается за счет улучшения массообмена теплоносителя между ячейками. В результате улучшения массообмена выравнивается температура теплоносителя по сечению ТВС, повышается скорость теплоносителя на выпуклых теплоотдающих поверхностях твэл и, соответственно, повышается интенсивность теплосъема и критического теплового потока на выпуклых теплоотдающих поверхностях твэл.

Достижение технического результата обеспечивается также за счет закрутки перетекаемого через необогреваемые вставки теплоносителя. В результате закрутки увеличивается скорость теплоносителя вдоль выпуклых теплоотдающей поверхностей твэл и соответственно повышается интенсивность теплосъема.

Тепловыделяющая сборка, ТВС, работает следующим образом. Теплоноситель, поданный на вход тепловыделяющей сборки ТВС пропускают вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл (движение теплоносителя обеспечивает насос), выделяют тепло в твэлах, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл. За счет перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках обеспечивается дополнительный массообмен между ячейками ТВС. Происходит выравнивание температуры и скорости в ячейках, в результате средние скорости и температуры по сборке выравниваются, теплообмен между выпуклыми поверхностями твэл и теплоносителем возрастает. Дополнительное повышение массообмена достигается за счет закрутки теплоносителя, проходящего через вставки.

На фиг. 1 показана схема тепловыделяющего элемента, обеспечивающего переток теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках. На фиг. 2 показан фрагмент сборки. Твэл,, включает в себя наружную оболочку твэл - 1 - оболочку, 2 - топливо, 3. необогреваемая вставка, 4 - отверстие в необогреваемой вставке. - Вставка выполняется таким образом, чтобы обеспечить либо прямолинейное перемещение теплоносителя либо закрутку теплоносителя Тепловыделяющая сборка работает следующим образом. Теплоноситель поступает на вход сборки, омывает выпуклые теплоотдающие поверхности, нагревается, теплоноситель проходит через вставки, происходит переток теплоносителя, для улучшения перетока теплоносителя вставка конструируется так, что теплоноситель, проходящий через вставку, закручивается.

В результате перетоков теплоносителя между ячейками сборки может быть устранено имеющее место подкипание теплоносителя в ячейках, повышены запасы до кризиса теплоотдачи.

Пример конкретного выполнения. Пример конкретного выполнения. Допустим, что ТВС собрана из твэлов наружным диаметром 9,1 мм. Общая длина составного твэла (со вставками) 3,7 м. Длина твэлов между вставками может быть различной. Например, твэл может быть составлен из двух твэлов длиной 1 м и 2,5 м. (на выходе сборки перемешивание теплоносителя более важно), длина вставки L₁=50 мм. Конструкция вставки должна обеспечивать максимальный перенос теплоносителя между ячейками сборки. Последнее может достигнуто с помощью закрутки теплоносителя проходящего через вставку. Оценки дают, что использование твзлов, позволяющих обеспечить перенос теплоносителя между неравноценными ячейками сборки, позволяет устранить подкипание теплоносителя в ячейках, повысить запасы до кризиса теплоотдачи до 20-30%.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить энергонапряженность ТВС за счет улучшения перемешивания теплоносителя между ячейками ТВС. Повысить запасы до кризиса теплоотдачи.

Список использованных источников

1. Овчинников Ф.Я., Семенов В.В Эксплуатационные режимы ВВЭР. М. Энергоатомиздат. 1988 г. С.149)

2. Pometko R.S., Boltenko Е.А. et all. The critical Heat Flux in WWER Fuel Subassembly Model with Nonuiform Crossectional Parameters Distubution / NURETH-8, September 30-October, 1997, Japan).

3. Перепелица Н.И. Дистанционирующие решетки со смесительными элементами для ТВС PWR-Обзор. Атомная техника за рубежом, 2010. №8. с. 3-10.

4. Ефанов А.Д., Колмаков А.П., Куликов Б.И., Ложкин В.В., Пометько Р.С.и др. Направление теплофизических исследований по обеспечению проектных параметров АЭС-2006 (ВВЭР-1200). Семинар ФЭИ, концерн ТВЭЛ. Обнинск 2007 г.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано, например в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерных энергетических установок. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами заключается в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл. Массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках. Изобретение позволяет выравнить температуру теплоносителя по сечению ТВС, устранить подкипание теплоносителя в ячейках. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) со стержневыми твэлами, заключающийся в том, что подают теплоноситель на вход ТВС, пропускают теплоноситель вдоль выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, выделяют тепло в твэлах, осуществляют массообмен между ячейками ТВС, отводят выделяемое тепло за счет теплосъема с выпуклых теплоотдающих поверхностей твэл, отличающийся тем, что массообмен между ячейками ТВС осуществляют путем перетоков теплоносителя через отверстия в необогреваемых вставках.

2. Способ работы тепловыделяющей сборки (ТВС) по п. 1, отличающийся тем, что перетекаемый теплоноситель закручивают.