Кассета ядерного реактора Советский патент 1979 года по МПК G21C3/00 

Изобретение относится к ядерным реакторам и может найти применение в области ядерной энергетики. Известны конструкции кассет для ядерных реакторов, состоящие из пучка стержневых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), покрытых защитной оребренной оболочкой.Сердечник указанных элементов изготовлен из металлического горючего (урана, плутония) . В кассетах ТВЭЛы расположены, как правило, параллельно и дистанционированы один от другого дистанционирующими элементами (муфтами). К Дистанционирунадим муфтам предъявляются следующие требования: они должны с необходимой точностью устанавливать ТВЭЛы и сохранять их местоположение 3 кассете в течение всей работы кассеты в реакторе, предотвра щать ТВЭЛы от искривления и выталкивания их с места, сохранять свои раз меры в течение всей кампании работы кассеты; материал дистанционирующей муфты должен иметь малое сечение захвата нейтронов. Известна кассета с концентрически размещенными рядами ТВЭЛ. Дистанционирующий элемент (муфта) представ ляет собой неправильный четырехуголь ник с центральным кольцсм и сторонами, окаймляющими соседние ТВЭЛы. Однако ъ такой кассете .фиксация ТВЭЛов соседних рядов приводит к возникновению напряжений вследствие радиационных и гидродинамических изменений; повышенное ги драв л ич ее кое сопротивление кассеты приводит также к повышенным напряжениям в элементах конструкции кассеты. Цель изобретения - повысить надежность кассеты в процессе работы. Это достигается применением дистанционирующей муфты, которая представляет собой в поперечном сечении неправильный четырехугольник с незамкнутым внутренним кольце, диаметр которого равен диаметру кольцевой проточки, выполненной в оребрении защитной оболочки ТВЭЛов, две противоположные стороны четырехугольника выполнены в виде вогнутых-внутрь четырехугольника частей цилиндрических поверхностей диаметром, равным наружнсалу диаметру оболочки ТВЭЛов, а две другие стороны выполнены в виде частей. концентричес ких цилиндрических поверхностей диаметром, равным внутреннему диаметру наружного и внешнему диаметру внутреннего концентрических рядов ТВЭЛов, смежных с кон.центрическим рядом, в котором находится ТВЭЛ с установленной на нем муфтой, причем муфта снабжена фиксатором для закрепления кольца муфты в кольцевой проточке тепловыделяющего элемента.

На фиг. 1 показан вариант кассеты с 4 концентрическимиJ в данном случае кольцевыми, рядами ТВЭЛов, поперечное сечение; на фиг. 2 - поперечное сечение кассеты, у которой муфты надеты на ТВЭЛы 1-го и 3-го рядов; на фиг. 3 - конструкция дистанционирующей муфты; на фиг. 4 - то же с фик саторсяи на одной из сторон четырехугольника.

Пучок ТВЭЛов расположен в экранной трубе 1 кассеты. Муфты 2 надеты на ТВЭЛы кольцевых рядов через один ТВЭЛ в данном кольцевом ряду. В правой части сечения кассеты показано, что муфты надеты в следующей по высоте плоскости поперечного сечения кассеты в тех же кольцевых рядах ТВЭЛов, но на ТВЭЛы, на которые в

предыдущем сечении кассеты муфты не надевались.Экранная труба 1 выполнена, как правило, из циркониевого сплава. ТВЭЛы дистанционированы один -относительно другого муфтами, устанавливаемыми в кольцевых проточках 3 ТВЭЛов с защитным покрытием 4 и сердечником 5. К стороне четырехугольника 6 прикреплена ножка 7, а ножка 8 внутреннего кольца 9 свободна.

Дистанционирующая муфта выполнена S виде жесткого каркаса из цельной лёты конструкционного материала, например цирсония или .его сплавов, и в поперечном сечении представляет собой неправи дьный четырехугольник с незамкнутым кольцсм 9 внутри диамет:ром, равным кольцевой проточке на ТВЭЛе. Две боковые стороны 10 четы рехугольника выполняются в виде воГнутых внутрь частей цилиндрических поверхностей диаметром, равным наружному диаметру оболочки тепловыделяющего злолента и служат для дистанциоНированця ТВЭЛов, расположенных в том же кольцевом ряду, что и ТВЭЛ, на который надета муфта. Две другие сторон Муфты для дистанционирования в кассеЯе смежных кольцевых рядов ТВЭЛ выполнены в виде частей концентрических Ц1| 1индрических поверхностей диаметром, равным соответственно внутреннему диаметру наружного кольцевого ряда ТВЭЛов Дв и наружному диаметру внутреннего кольцевого ряда ТВЭЛов Дн, т.е. рядов, смежных с кольцевым рядом, в котором находится ТВЭЛ с ус гановленной на нем муфтой. Каркас муфты снабжен фиксаторсм для закрепления кольца муфты в проточке ТВЭЛа.

Кольца в проточку ТВЭЛа можно фиксиоовать различными способами.

На фиг. 3 и 4 показаны два из возможных варианта фиксации муфты на ГВЭЛе.

В первом варианте (см. фиг. 3) йожка 8 кольца и нижняя часть И колца сварены контактной точечной сваркой соответственно с наружной б и внутренней 12 сторонами муфты, таким образом получается необходимый жесткий каркас. Ножка 7 свободна; отводится в сторону при надевании муфты на ТВЭЛ. Для закрепления муфты на ТВЭЛе кольцо 9 вводят в проточку, ножка 7 плотно прижимается к защитной оболочке и фиксируется загибом усилка 13, выполненного просечкой на наружной стороне муфты.

В другой модификации, (см. фиг. 4) ножка 7 приварена к наружной стороне муфты, так же как и нижняя часть кольца, а но.жка 8 свободная. При надевании муфты на ТВЭЛ ножка 8 подводится к ножке 7 и загиб 14 выводится из зацепления, после чего ножка 8 отводится в сторону. Дця фиксации муфты на ТВЭЛе необходимо ввести кольцо 9 в проточку и защелкнуть загиб 14.

Муфты устанавливаются в плоскостях поперечного сечения кассеты в данном концентрическом ряду ТВЭЛов через один ТВЭЛ, а в концентрических рядах ТВЭЛов - через один ряд (см. фиг. 1 и 2), в смежных сечениях по высоте кассеты муфты устанавливаются в тех же кольцевых рядах, но на ТВЭЛах, на которые в предыдущем сечении муфты не устанавливались (см. фиг. 1 и 2 правую часть сечения) . Число рядов муфт по высоте кассеты и их место установки определяются в зависимости от длины ТВЭЛов и опасных мест вибрации.

Таким образом достигается .надежное дистанционирование ТВЭЛов в кассете, а также простое и надежное закрепление муфт на ТВЭЛах с любым защитным покрытием.

Кассета обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, так как сечение для прохода Теплоносителя менее загорожено вспомогательными деталями.

Такая конструкция кассеты наиболее успешно может быть применена в реакторах на природном уране, например КС-150 (Атомная электростанция Вогунице). В таких реакторах сердечник ТВЭЛов выполняется из металлического урана, очехлованного ребристой защитной оболочкой из магниевого сплава.

Гидродинамические испытания предлагаемой кассеты при параметрах реактора КС-150 подтвердили ее хорошую работоспособность и снижение

Гидрдвлического сопротивления кассеты.

Формула изобретения

Кассета ядерного реактора, содержащая равнс 4ерно расположенные рядами тепловыделяющие элементы,, дистанционируемые один относительно другого с помощью муфт, в поперечном сечении представляющих собой четырехугольник с внутренним центральным

колыдсм, надетьм на тепловыделяющий элемент, отличаю щ. аяс я тем, что, с целью повы1иения надежности кассеты, одна пара противоположных сторон четырехугольника выполнена в виде вогнутых внутрь частей цилиндрических поверхностей диаметром, равным наружному диаметру оболочки тепловыделяющего элемента, другая пара сторон касается тепловыделяющих элементов соседних рядов.

Фиг.1

Фиг.2