Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора Российский патент 2024 года по МПК G21C3/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В вопросах безопасности энергетических водо-водяных реакторов особое внимание уделяется активной зоне и, в частности, одному из ее компонентов - тепловыделяющей сборке (ТВС), которая, как правило, оснащается дистанционирующими решетками. От конструктивных особенностей этих решеток зависит не только работоспособность ТВС, но и величина ее запаса до кризиса теплообмена или запас по величинам критического теплового потока (КТП) и критической мощности.

Наличие смесительных элементов на решетках вызывает перемешивание теплоносителя между ячейками и турбулизацию потока в пределах отдельных ячеек. Это приводит к выравниванию температуры теплоносителя по сечению канала ТВС, а, следовательно, и к повышению запаса до кризиса теплообмена или критической мощности (см. Перепелица Н.И. «Дистанционирующие решетки с локальными завихрителями для тепловыделяющих сборок PWR». Атомная техника за рубежом, 2006, №1, стр. 3).

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные с ободом и между собой многогранные ячейки, снабженные внутренними выступами (см. Б.А. Дементьев. Ядерные энергетические реакторы, 11-е издание, М. Энергоатомиздат 1990 г., стр. 44).

Известна дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, имеющая соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из ленты, снабженные внутренними выступами и просечками (см. патент RU №2127001 от 27.03.97 г., опубл. 27.02.99 г., МКИ 6 G21C 3/34), в которой каждая пара прилегающих граней ячеек соединена между собой сварными точками, не исключающими непровар ячеек и снижение, как следствие, надежности работы в ядерном реакторе, что относится к недостаткам данной конструкции.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой конструкции устройства является перемешивающая дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая шестигранный обод с закрепленным в нем полем шестигранных ячеек с внутренними выступами в каждой ячейке, выполненным из одного листа таким образом, что у сформированных ячеек сгибы и просечки под ячейки по одному ряду ячеек размещены с одной торцевой стороны дистанционирующей решетки, а по примыкающему к нему параллельному ряду ячеек сгибы и просечки под ячейки размещены с другой торцевой стороны дистанционирующей решетки, при этом просечки под ячейки выполнены с образованием по торцам ячейки дефлекторов, отогнутых под углом к оси ячейки в противоположных направлениях (см. патент RU №2632572, опубл. 06.07.2017, бюл. №28) - прототип.

Недостатки аналогов и прототипа - обеспечение недостаточного уровня перемешивания потока теплоносителя при работе в ядерном реакторе и сложность конструкции, вызванная необходимостью выполнения внутренних выступов в ячейках для надежного удержания тепловыделяющих элементов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик дистанционирующей решетки, а именно функции перемешивания потока теплоносителя, с одновременным надежным размещением тепловыделяющих элементов в ячейках решетки, исключающим их смещение, с возможностью достижения технического результата с помощью одного конструктивного решения. Это позволит упростить конструкцию, обеспечить технологичность изготовления и снизить себестоимость изделия.

Поставленная техническая задача решается тем, что в дистанционирующей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей шестигранный обод с закрепленным в нем полем шестигранных ячеек, выполненным из целого листа таким образом, что у сформированных ячеек сгибы и просечки под ячейки по одному ряду ячеек размещены с одной торцевой стороны дистанционирующей решетки, а по примыкающему к нему параллельному ряду с другой, просечки под ячейки выполнены с образованием по торцам ячейки радиусных элементов, отогнутых в противоположных направлениях и образующих с торцов ячейки винтовые дефлекторы, согласно изобретению, диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, рассчитывается по формуле:

D - диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, мм;

d - диаметр тепловыделяющего элемента, мм;

k - коэффициент, учитывающий пружинение отогнутого радиусного элемента для обеспечения натяга в соединении «ячейка - тепловыделяющий элемент».

Конструкция ячейки с отсутствием внутренних выступов, частично экранирующих поток теплоносителя, и наличием винтовых дефлекторов с торцов ячейки, образующихся при выполнении просечек под ячейки и отгибании в противоположных направлениях, полученных при выполнении просечек радиусных элементов, позволяет улучшить качество перемешивания потока теплоносителя.

Изготовление ячейки с учетом выбора расчетного диаметра окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов исходя из приведенной формулы, позволяет упростить конструкцию, обеспечить технологичность изготовления и снизить себестоимость изделия с одновременным достижением надежного удержания тепловыделяющих элементов.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 - дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, общий вид;

фиг. 2 - размещение тепловыделяющего элемента в ячейке дистанционирующей решетки, фрагмент;

фиг. 3 - дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, заготовка поля ячеек после разметки;

фиг. 4 - дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, заготовка поля ячеек в виде «гармошки»;

фиг. 5 - дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, фрагмент.

Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора содержит шестигранный обод 1 с закрепленным в нем точечной сваркой 2 полем шестигранных ячеек 3, выполненным из целого листа 4 таким образом, что у сформированных ячеек 3 сгибы 5 и просечки 6 под ячейки 3 по одному ряду ячеек размещены с одной торцевой стороны дистанционирующей решетки, а по примыкающему к нему параллельному ряду - с другой, просечки 6 под ячейки 3 выполнены с образованием по торцам ячейки 3 радиусных элементов 7, отогнутых под углом 8 к оси 9 ячейки 3 в противоположных направлениях по линиям гиба 10, образуя с торцов ячейки 3 винтовые дефлекторы 11.

Лучший вариант осуществления изобретения

Изготовление и работа конструкции осуществляется следующим образом.

Из целого листа 4 изготавливают поле шестигранных ячеек 3. Для этого выполняют на листе 4 разметку высоты «Н» ячеек 3, просечек 6 под ячейки 3 с радиусными элементами 7 и линий гиба 10. По разметке высоты ячеек 3 сгибают листовую заготовку 4 будущего поля ячеек 3 в виде «гармошки» в ее верхней и нижней частях, операции изготовления пластинчатых шестигранных ячеек 3 и набор поля ячеек 3 совмещают, выполняя просечки 6 под ячейки 3 «гармошки» в ее верхней и нижней частях с образованием радиусных элементов 8, по линиям 10 отгибают в противоположных направлениях радиусные элементы 7, сжимают прилегающие грани соседних ячеек и фиксируют точечной сваркой 2, при этом каждая ячейка 3 формуется таким образом, что имеет на верхнем и нижнем торцах в трех своих углах вершины, а в трех углах - впадины винтовых дефлекторов 11.

Промышленная применимость

При сборке пучка тепловыделяющих элементов в тепловыделяющую сборку каждый тепловыделяющий элемент входит в соответствующую ячейку дистанционирующей решетки, гарантированно надежно, без смещения размещаясь в ней. При этом при эксплуатации тепловыделяющей сборки в ядерном реакторе конструкция ячеек без внутренних выступов, снабженная дефлекторами, позволяет достичь качественного перемешивания потока теплоносителя.

Таким образом, использование изобретения позволит улучшить эксплуатационные характеристики дистанционирующей решетки, а именно функции перемешивания потока теплоносителя, что влияет на работоспособность ТВС, на величину ее запаса до кризиса теплообмена или запас по величинам критического теплового потока и критической мощности, а также совместить функции перемешивания потока и удержания тепловыделяющих элементов одними конструктивными элементами, что позволит упростить конструкцию, обеспечить технологичность изготовления, снизить себестоимость изделия и повысить надежность.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР. Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора содержит шестигранный обод с закрепленным в нем полем шестигранных ячеек, выполненным из целого листа. У сформированных ячеек сгибы и просечки под ячейки по одному ряду ячеек размещены с одной торцевой стороны дистанционирующей решетки, а по примыкающему к нему параллельному ряду с другой. Просечки под ячейки выполнены с образованием по торцам ячейки радиусных элементов, отогнутых в противоположных направлениях и образующих с торцов ячейки винтовые дефлекторы. При этом диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, рассчитывается по формуле: D - диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, мм; d - диаметр тепловыделяющего элемента, мм; k - коэффициент, учитывающий пружинение отогнутого радиусного элемента для обеспечения натяга в соединении «ячейка - тепловыделяющий элемент». Изобретение позволяет упростить конструкцию, обеспечить технологичность изготовления и повысить надежность дистанционирующей решетки. 5 ил.

Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая шестигранный обод с закрепленным в нем полем шестигранных ячеек, выполненным из целого листа таким образом, что у сформированных ячеек сгибы и просечки под ячейки по одному ряду ячеек размещены с одной торцевой стороны дистанционирующей решетки, а по примыкающему к нему параллельному ряду с другой, при этом просечки под ячейки выполнены с образованием по торцам ячейки радиусных элементов, отогнутых в противоположных направлениях и образующих с торцов ячейки винтовые дефлекторы, отличающаяся тем, что диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, рассчитывается по формуле:

D - диаметр окружности, вписанной между тремя ближними к центру ячейки точками радиусных элементов, мм;

d - диаметр тепловыделяющего элемента, мм;

k - коэффициент, учитывающий пружинение отогнутого радиусного элемента для обеспечения натяга в соединении «ячейка - тепловыделяющий элемент».