Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. ТВС содержит дистанцирующую решетку с ободами. На каждой из решеток, на верхней кромке каждой грани обода, а также под уголками посредине между периферийными твэлами выполнены отклоняющие элементы в виде пластин, отогнутых от обода под углом 5…20° и выступающих в пространство между периферийными твэлами, а нижняя кромка обода имеет загиб на величину не более толщины стенки ячейки ДР. Технический результат - повышение эффективности выравнивания температур по поперечному сечению ТВС, повышение теплотехнической надежности решетки, а также придание ей дополнительной жесткости. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-1000, ВВЭР-440 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319), которые состоят из головки, хвостовика и пучка твэлов, закрепленных в нижней несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР), закрепленными на центральной трубе.

Известна ТВС ядерного реактора типа ВВЭР-1000, содержащая ДР с ободами, на каждой кромке граней которых имеются отбойники в виде пластин, наклоненных под определенным углом к оси ТВС, для обеспечения незацепляемости ДР соседних ТВС при перегрузке и перемешивания теплоносителя с целью выравнивания температуры теплоносителя по сечению ТВС (RU 2163036 С2, опуб. 10.02.2001). Причем обода ДР выполнены из составных частей, соединенных внахлестку сварными соединениями и приваренных точечной сваркой к ячейкам ДР.

Недостатками известной ТВС является повышенное гидравлическое сопротивление ДР, вызванное наличием отбойников по всей длине всех кромок ободов всех ДР, низкая эффективность перемешивания при наличии разнонаправленных отбойников на верхней и нижней кромках обода одновременно, трудоемкость выполнения соединений составных частей ободов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является бесчехловая тепловыделяющая сборка ядерного реактора (ТВСА ВВЭР-1000), содержащая твэлы 1 и направляющие каналы (НК), закрепленные в нижней опорной решетке (HP) 7 и соединенные между собой ДР 2, закрепленные на центральной трубе и уголках 3, прикрепленных винтами 6 к хвостовику 4. Для обеспечения загрузки-выгрузки ТВС имеет головку 5 (см. фиг. 1).

Дистанционирующая решетка ТВСА ВВЭР-1000 (см. фиг. 2) состоит из трубчатых ячеек двух типов и 6-ти составных частей - секторов обода 7, соединяемых контактной точечной сваркой.

Сектор обода известной ТВСА ВВЭР-1000 (см. фиг. 3) также имеет зубчатую форму на верхней и нижней кромках для обеспечения незацепляемости его при перегрузке бесчехловых ТВС.

Аналогичную конструкцию имеет ДР рабочей кассеты 3-го поколения (РК-3) ВВЭР-440.

Задачей изобретения является обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС типа ВВЭР.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению при сохранении гидравлического сопротивления ТВС на прежнем уровне.

Технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей головку, хвостовик, пучок твэлов, размещенный вертикально в каркасе, включающем дистанционирующие решетки, состоящие из сваренных между собой трубчатых ячеек для расположения твэлов и пластинчатых секторов по контуру, сваренных с периферийными ячейками дистанционирующих решеток, и соединенные между собой уголками, направляющими каналами и центральной трубой, имеющие на кромках между уголками в промежутках между периферийными твэлами отклоняющие пластины 8, отогнутые внутрь пучка твэлов, и расширения на концах для сварки с уголками, отличающаяся тем, что на каждом секторе между угловыми твэлами в расширениях под уголками на уровне верхних отклоняющих пластин выполнены дополнительные отклоняющие пластины, а нижняя прямолинейная кромка секторов между уголками загнута внутрь пучка твэлов на величину не более толщины стенки ячейки.

Угол между отклоняющим элементом и плоскостью, являющейся продолжением плоскости наружной поверхности грани обода, предпочтительно выбирают из интервала 5-20°. При меньших углах снижается эффективность перемешивания теплоносителя, а при больших - существенно повышается гидравлическое сопротивление ДР.

Наличие отклоняющих элементов под уголками 9 интенсифицирует теплообмен в одной из наиболее теплонапряженных областей сечения ТВС.

Анализ условий загрузки-выгрузки ТВС в реактор показывает, что для обеспечения незацепляемости достаточно наличие отогнутых пластин только на одной кромке обода, причем либо у всех ДР на верхней, либо у всех ДР на нижней. Исключение отогнутых пластин на одной из кромок обода приводит к уменьшению гидравлического сопротивления ТВС.

Целесообразно выполнить отогнутые пластины на верхней кромке обода по двум причинам. Во-первых наибольшее гидравлическое сопротивление ДР реализуется на входе потока теплоносителя в ДР, который движется через ТВС снизу вверх, т.е. на нижней кромке. Во-вторых, отогнутые пластины на верхней кромке можно использовать в качестве лопаток, направляющих относительно более холодный теплоноситель из межкассетного пространства к внутренним слоям твэлов, что повышает теплотехническую надежность ТВС и дает возможность эксплуатировать АЭС на повышенной мощности.

Дополнительно, исключение отогнутых пластин на нижней кромке обода приводит к снижению металлоемкости ДР и соответствующему снижению трудоемкости изготовления.

Загиб 10 на нижней кромке обода ДР выполнен для облегчения скольжения нижней кромки по отклоняющим пластинам верхней кромки обода и предотвращения повреждения оболочки твэлов ТВС при случайном контакте в процессе изготовления и транспортировки.

Для изготовления обода предлагаемой ТВС предпочтительно использовать технологию газолазерной резки (ГЛР) по следующим причинам.

В настоящее время изготовление секторов ободов ДР ВВЭР-1000 производится с помощью вырубных штампов. К недостаткам существующей технологии изготовления этих комплектующих деталей можно отнести следующее:

низкую производительность из-за большого количества вырубных операций с последующим снятием заусенцев между ними (многоступенчатый процесс изготовления);

высокую стоимость вырубных штампов;

существенно ограниченную стойкость вырубных штампов в процессе эксплуатации;

наличие промежуточных операций по обезжириванию;

межоперационное перемещение деталей;

межоперационное «пролеживание» деталей.

Процесс лазерного раскроя секторов обода включает в себя всего две технологические операции:

зажатие листа в приспособлении;

лазерную резку по программе с давлением газа 2,5…12 кгс/см2 в зависимости от толщины листового материала.

Для удаления продуктов резки, обеспечения защиты поверхности металла и кромок от воздействия атмосферы в зоне воздействия лазерного излучения применяется газ - аргон, который подается в зону резки по заводской магистрали.

Технология газолазерной резки обладает следующими преимуществами:

вырез контура нескольких секторов производится за одну установку;

высокая скорость резки (30…60 мм/с);

высокая точность изготовления секторов;

низкая стоимость изготовления;

неограниченная стойкость инструмента;

требуемая коррозионная стойкость поверхности и кромок секторов в условиях эксплуатации.

Кроме существенного экономического эффекта замена штатной технологии вырубки секторов ободов ДР ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 на газолазерную резку даст также возможность сокращения производственных площадей.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 изображена конструкция ТВСА ВВЭР-1000.

На фиг.2 изображена конструкция известной ДР.

На фиг.3 изображена конструкция сектора обода известной ДР.

На фиг.4 изображена конструкция сектора обода предлагаемой ТВС.

На фиг.5 изображено сечение сектора А-А.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку, хвостовик, пучок твэлов, размещенный вертикально в каркасе, включающем дистанционирующие решетки, состоящие из сваренных между собой трубчатых ячеек для расположения твэлов и пластинчатых секторов по контуру, сваренных с периферийными ячейками дистанционирующих решеток, и соединенные между собой уголками, направляющими каналами и центральной трубой, имеющие на кромках между уголками в промежутках между периферийными твэлами отклоняющие пластины, отогнутые внутрь пучка твэлов, и расширения на концах для сварки с уголками, отличающаяся тем, что на каждом секторе между угловыми твэлами в расширениях под уголками на уровне верхних отклоняющих пластин выполнены дополнительные отклоняющие пластины, а нижняя прямолинейная кромка секторов между уголками загнута внутрь пучка твэлов на величину не более толщины стенки ячейки.

2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что отклоняющие пластины отогнуты от плоскости сектора под углом 5-20°.

3. Тепловыделяющая сборка по п.1 отличающаяся тем, что секторы дистанционирующих решеток выполнены из циркониевого сплава с использованием газолазерной резки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов типа ВВЭР, в которых твэлы не закрепляются в несущих решетках, а опираются на них.

Изобретение относится к атомной технике. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, пучок цилиндрических тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, и центрирующие элементы, выполненные в ячейках дистационирующих решеток.

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, антивибрационную решетку и хвостовик.

Изобретение относится к получению радиоактивных изотопов в ядерных реакторах. .

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР и РБМК. .

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющих сборок), используемых преимущественно для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). .

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов. .

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов. .

Изобретение относится к блокам реакторных топливных элементов, в частности к конструкциям рабочих кассет реакторов типа ВВЭР-440. .

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС) для реакторов с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем (ТЖМТ), а также при изготовлении имитаторов твэлов для использования в облучательных устройствах, предназначенных для исследования работоспособности реальных твэлов. Оболочка твэла для реакторов с ТЖМТ представляет собой цельнокатаный трубчатый элемент со спирально закрученными ребрами, расположенными на наружной поверхности упомянутого элемента, выполненный из хромокремнистой стали ферритно-мартенситного класса с величиной зерна феррита не менее номера 7 по ГОСТ 5639. При этом каждое ребро имеет угол раскрытия от 22 до 40° (преимущественно, от 30 до 40°), а форма поперечного сечения ребра представляет в сечении трапецию со скругленными углами при вершине трапеции и со сглаженными углами в основании трапеции. Также раскрывается твэл, включающий данную оболочку и ТВС. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик тепловыделяющих элементов и сборок за счет обеспечения длительной стойкости оболочки в среде ТЖМТ, такого как свинец или эвтектический сплав свинца и висмута. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. ТВС содержит твэлы, расположенные в дистанционирующих решетках (ДР) пластинчатого типа по треугольной сетке, и несущую решетку - фильтр с пазами для протока теплоносителя, установленную в хвостовике ТВС. Пазы для протока теплоносителя ориентированы своей более широкой стороной навстречу потоку теплоносителя. На верхних кромках пластин ДР в верхней части ТВС выполнены отклоняющие или закручивающие теплоноситель пластины, расположенные локально в местах расположения наиболее теплонапряженных твэлов и выходящие за верхнюю плоскость ДР в межтвэльное пространство. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления ТВС вследствие снижения гидравлического сопротивления несущей решетки-фильтра при сохранении ее фильтрующих свойств за счет выполнения пазов для прохода теплоносителя расширяющимися навстречу потоку теплоносителя, придание ДР свойств перемешивающей решетки (ПР) и исключение ПР, увеличивающей гидравлическое сопротивление ТВС в гораздо большей степени, чем перемешивающие элементы на ДР. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к тепловыделяющей сборке (ТВС) с концентричными кольцевыми тепловыделяющими элементами (твэлами). В известном устройстве крепления концентричных кольцевых твэлов в ТВС, содержащем кольцевые твэлы и дистанционирующий элемент между ними, концентричные кольцевые твэлы снабжены наружными ребрами. Дистанционирующий элемент выполнен в виде дистанционирующей решетки, состоящей из опорных кольцевых оснований в количестве, равном числу кольцевых твэлов, соединенных радиальными перегородками. При этом на одном из торцов дистанционирующей решетки, на каждом основании в направлении твэлов установлены минимум по три пальца. В пальцах внешнего основания предусмотрены кольцевые проточки для дополнительного крепления твэл с помощью зачеканки ребра твэла в проточку. Кольцевые твэлы установлены между пальцами по прессовой посадке. Технический результат - упрощение конструкции устройства крепления кольцевых твэл. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Тепловыделяющая сборка содержит хвостовик, головку, очехловывающую трубу и твэлы, в которой упомянутые хвостовик, головка, очехловывающая труба выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, и исключающих плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе. Объем хвостовика за исключением центрального канала прокачки теплоносителя заполнен материалом, имеющим плотность, большую чем у теплоносителя, например вольфрамом, платиной, ураном. В качестве топлива в твэлах возможно использование, например, карбидов и нитридов урана. Технический результат - исключение всплытия тепловыделяющей сборки в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерных реакторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР, а именно к фильтрам debris-предметов (АДФ). АДФ выполняют из нескольких фильтрующих элементов пластинчатой конструкции с пазами для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, наклоненными к оси ТВС в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под определенным углом, обеспечивающим отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки. Причем АДФ для повышения эффективности фильтрации может содержать несколько (2…3) фильтрующих элементов пластинчатой конструкции, расположенных по отношению к соседним зеркально относительно плоскости их соприкосновения. Технический результат - повышение эффективности задержания debris-предметов любой формы по сравнению с известными АДФ. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). ТВС оснащена анти debris-фильтром (АДФ), устанавливаемым в хвостовики ТВС. АДФ ТВС состоит из двух фильтрующих элементов пластинчатого типа, расположенных в хвостовике друг над другом, содержащих две группы пересекающихся прямолинейных пластин, образующих вдоль оси тепловыделяющей сборки ряд криволинейных каналов прямоугольного поперечного сечения для прохода теплоносителя. При этом каналы нижнего фильтрующего элемента расположены под углом к продольной оси ТВС, а каналы верхнего фильтрующего элемента, расположенного между нижним фильтрующим элементом и несущей решеткой, параллельны оси ТВС. Технический результат - повышенная эффективность улавливания debris-предметов в форме прямолинейных стержней и плоских предметов любой длины и малой толщины. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). В заявленной ТВС предусмотрено выполнение анти debris-фильтров (АДФ) в форме толстостенной цилиндрической оболочки, имеющей несколько концентричных относительно ее оси рядов равномерно расположенных каналов для прохода теплоносителя, изогнутых в окружном направлении до обеспечения непрозрачности фильтра вдоль оси тепловыделяющей сборки, причем соседние ряды каналов смещены относительно друг друга в осевом направлении. Техническим результатом является создание конструкции НРФ лабиринтного типа, обладающей повышенной эффективностью по отношению к улавливанию debris-предметов как криволинейной, так и прямолинейной формы. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). В заявленном изобретении предусмотрено оснащение ТВС анти- debris-фильтрами (АДФ), устанавливаемыми в хвостовики ТВС, при этом несущая решетка тепловыделяющей сборки с фильтрующими свойствами (НРФ) тепловыделяющей сборки ядерного реактора имеет криволинейные каналы для прохода теплоносителя, причем вход теплоносителя в канал и выход из него сдвинуты на некоторый угол вокруг оси отверстий под твэлы и направляющие каналы до достижения непрозрачности НРФ, причем верхняя часть канала параллельна оси ТВС. Техническим результатом является создание конструкции НРФ лабиринтного типа с повышенной эффективностью по отношению к улавливанию debris-предметов прямолинейной формы, имеющей при этом КГС не более суммарного коэффициента гидравлического сопротивления несущей решетки и АДФ. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

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.

Группа изобретений относится к атомной энергетике. Тепловыделяющая сборка (ТВС) ядерного реактора содержит твэлы с ядерным топливом, часть которых может иметь выгорающий поглотитель, каждый из которых имеет оболочку из циркониевого сплава, герметизированную контактно-стыковой сваркой с помощью заглушки и цангового наконечника, располагаемого в отверстии нижней решетки. Наружная поверхность твэла, по крайней мере оболочка, заглушка и сварные соединения, имеют покрытие в виде тонкого слоя хрома. Имеется также способ изготовления тепловыделяющей сборки ядерного реактора. Группа изобретений позволяет создать конструкцию ТВС, исключающую паро-циркониевую реакцию, уменьшающую повреждение оболочек твэлов при изготовлении ТВС. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок ядерных реакторов типа ВВЭР. ТВС содержит дистанцирующую решетку с ободами. На каждой из решеток, на верхней кромке каждой грани обода, а также под уголками посредине между периферийными твэлами выполнены отклоняющие элементы в виде пластин, отогнутых от обода под углом 5…20° и выступающих в пространство между периферийными твэлами, а нижняя кромка обода имеет загиб на величину не более толщины стенки ячейки ДР. Технический результат - повышение эффективности выравнивания температур по поперечному сечению ТВС, повышение теплотехнической надежности решетки, а также придание ей дополнительной жесткости. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх