Хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора Российский патент 2023 года по МПК G21C3/32 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к атомной технике, а именно - к тепловыделяющим сборкам ядерных энергетических реакторов с водой под давлением.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для повышения надежности тепловыделяющей сборки и ее защиты в процессе эксплуатации от повреждений дебрис-частицами в хвостовик тепловыделяющей сборки устанавливают антидебрисный фильтр, располагая его между ребрами хвостовика в наибольшее проходное сечение хвостовика с целью уменьшения гидравлического сопротивления. Как правило, современные антидебрисные фильтры состоят из фильтрующего элемента и обода, с помощью которого фильтр соединяется с хвостовиком.

Известен хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора (патент РФ №2079170, опубл. 10.05.1997), снабженный ребрами, прилегающими своими торцами к нижней плоскости нижней опорной решетки между рядами отверстий для тепловыделяющих элементов (твэлов), недостатком которого является частичное перекрытие отверстий для прохода теплоносителя сквозь нижнюю опорную решетку, а также отсутствие возможности выравнивания поля скоростей потока теплоносителя по сечению в хвостовике.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора (патент РФ №2325714, опубл. 10.12.2007), содержащий соединенные между собой соосно цоколь, опорный элемент, диффузор, шестигранную раму с закрепленными на упомянутой раме ребрами звездообразной формы для установки опорной решетки пучка твэлов тепловыделяющей сборки.

Недостатком данного хвостовика тепловыделяющей сборки является уменьшение его проходного сечения при установке антидебрисных фильтров, наличие в месте соединения ребер затененного участка для протока теплоносителя, возникновение турбулентности потока теплоносителя в месте соединения ребра хвостовика с ободом антидебрисного фильтра и, как следствие, повышение коэффициента гидравлического сопротивления, приводящего к повышенному вибронагружению твэлов.

Предлагаемая конструкция хвостовика тепловыделяющей сборки ядерного реактора устраняет указанные недостатки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей изобретения является повышение надежности хвостовика и, соответственно, тепловыделяющей сборки в целом.

Для решения поставленной задачи необходимо создать конструкцию хвостовика, позволяющую исключить уменьшение проходного сечения, минимизировать затененный центральный участок, влияющие на проток теплоносителя, исключить турбулентность потока теплоносителя в местах контакта ребер хвостовика с ободом устанавливаемого антидебрисного фильтра и сохранить прочностные свойства хвостовика.

Повышенный коэффициент гидравлического сопротивления активной зоны приводит к снижению расхода теплоносителя через реактор и, как следствие, к ухудшению охлаждения активной зоны в номинальном режиме и режимах с нарушением нормальной эксплуатации. Увеличение перепада давления на активной зоне, вызванное увеличением ее коэффициента гидравлического сопротивления, приводит к снижению запаса до всплытия тепловыделяющей сборки.

Техническим результатом изобретения является снижение гидравлического сопротивления хвостовика и, как следствие, вибронагружения твэлов.

Технический результат достигается тем, что:

- хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора содержит соосно соединенные между собой опорный элемент, диффузор и шестигранную раму, на которой закреплены ребра переменной высоты;

- закрепленные на шестигранной раме ребра установлены в несмежные углы рамы со смещением от плоскости симметрии углов таким образом, что торец одного ребра сопрягается с боковой поверхностью другого ребра;

- на боковой поверхности закрепленных на шестигранной раме ребер выполнен уступ, на верхнем торце этих ребер выполнено утонение, уступ служит для установки обода антидебрисного фильтра, а утонение - для упора в опорную решетку пучка твэлов;

- при выполнение утонения закрепленных на шестигранной раме ребер верхние кромки ребер изготавливаются в виде зубьев с плоскими вершинами, взаимодействующими с перемычками между проливными отверстиями опорной решетки пучка твэлов.

Закрепление ребер в несмежных углах рамы со смещением и сопряжением торца одного ребра с боковой поверхностью другого обеспечивает минимальное затенение для теплоносителя центральной части хвостовика без потери необходимой прочности конструкции и увеличение проходного сечения хвостовика с установленным антидебрисным фильтром. При этом снижается гидравлическое сопротивление хвостовика и, как следствие, вибронагружение твэлов.

Выполнение ребер с уступом на боковой поверхности ребер, утонением верхнего торца ребер и их соединение друг с другом посредством сопряжения торца одного ребра с боковой поверхностью другого, исключающее необходимость наличия центрального соединительного узла, позволяет уменьшить металлоемкость изделия, а также номенклатуру и количество используемых при изготовлении изделия деталей.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 - тепловыделяющая сборка, общий вид;

фиг. 2 - хвостовик с ребрами, вид сверху;

фиг. 3 - хвостовик с установленными опорной решеткой и антидебрисным фильтром, вертикальный разрез;

фиг.4 - ребро хвостовика, вид в двух проекциях;

фиг. 5 - ребро хвостовика с выполнением верхней кромки в виде зубьев с плоскими вершинами, главный вид.

Хвостовик 1 тепловыделяющей сборки 2 ядерного реактора содержит соединенные между собой соосно опорный элемент 3, диффузор 4, шестигранную раму 5. В несмежные углы шестигранной рамы 5 закреплены со смещением от плоскости симметрии углов ребра 6 переменной высоты. На ребрах 6 выполнены уступы 7 и утонения 8. В уступы 7 устанавливается обод антидебрисного фильтра 9. Утонение 8 контактирует с перемычками между проливными отверстиями опорной решетки 10 пучка твэлов. Верхнее утонение ребра 6 может быть выполнено в виде зубьев 11 с плоскими вершинами.

Работа хвостовика осуществляется следующим образом.

Теплоноситель входит в хвостовик 1, снабженный антидебрисным фильтром 9, установленным своим ободом в уступы 7 профиля ребра 6, попадает в диффузор 4, свободно растекается также в радиальных направлениях вдоль ребер 6 и подходит к опорной решетке 10 пучка твэлов.

Закрепление ребер 6 в несмежные углы шестигранной рамы 5 со смещением от плоскости симметрии углов таким образом, что торец одного ребра сопрягается с боковой поверхностью другого ребра, создает условия для выравнивания поля скоростей теплоносителя при прохождении диффузора 4.

Опора на утонение 8 профиля ребра 6 опорной решетки 10 пучка твэлов перемычками между проливными отверстиями исключает перекрытие части проливных отверстий для прохода теплоносителя и создает возможность для перетечек теплоносителя для выравнивания локальных неоднородностей потока между смежными полостями, ограниченными общими ребрами 6.

Выровненный по скоростям в поперечном сечении поток имеет меньшие горизонтальные составляющие скоростей после прохождения опорной решетки 10 пучка твэлов, следовательно, создает меньшие вибродинамические нагрузки на твэлы и узлы их крепления в опорной решетке 10 пучка твэлов. Обеспечивается повышение надежности хвостовика 1 и тепловыделяющей сборки 2 в целом.

Промышленная применимость

Таким образом, применение предлагаемой конструкции хвостовика тепловыделяющей сборки ядерного реактора позволяет решить поставленную задачу повышения надежности хвостовика за счет снижения гидравлического сопротивления хвостовика и вибронагружения твэлов и целесообразно для использования в тепловыделяющих сборках ядерных энергетических реакторов с водой под давлением.

Изобретение относится к атомной технике, а именно - к тепловыделяющим сборкам ядерных энергетических реакторов с водой под давлением. Хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора содержит соосно соединенные между собой опорный элемент, диффузор, шестигранную раму с ребрами переменной высоты, закрепленными в несмежные углы шестигранной рамы со смещением от плоскости симметрии углов таким образом, что торец одного ребра сопряжен с боковой поверхностью другого ребра. Профиль ребер выполнен с уступом на боковой поверхности ребер и утонением верхнего торца ребер, уступ служит для установки обода антидебрисного фильтра, а утонение - для упора в опорную решетку пучка тепловыделяющих элементов. Изобретение позволяет повысить надежность хвостовика и тепловыделяющей сборки в целом за счет снижения гидравлического сопротивления хвостовика и вибронагружения твэлов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Хвостовик тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащий соосно соединенные между собой опорный элемент, диффузор, шестигранную раму, на которой закреплены ребра, отличающийся тем, что ребра выполнены переменной высотой и установлены в несмежные углы шестигранной рамы со смещением от плоскости симметрии углов таким образом, что торец одного ребра сопряжен с боковой поверхностью другого ребра, при этом профиль ребер выполнен с уступом на боковой поверхности ребер и утонением верхнего торца ребер, уступ служит для установки обода антидебрисного фильтра, а утонение - для упора в опорную решетку пучка тепловыделяющих элементов.

2. Хвостовик по п. 1, отличающий тем, что утонения ребер выполнены в виде зубьев с плоскими вершинами.