Дистанционирующая и перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к конструкции перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующими пружинными элементами – кольцами. На торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя. Техническим результатом является повышение равномерности распределения поля температур в поперечном сечении канала, увеличение интенсивности теплообмена на поверхности тепловыделяющих элементов, что позволяет увеличить запас до кризиса теплообмена. 6 ил.

 

Изобретение относится к области атомной техники, конкретно к конструкциям перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Дистанционирующие решетки обеспечивают фиксацию и заданный шаг расположения тепловыделяющих элементов между собой. Расстояние между стержневыми элементами остается неизменным в течении всего срока эксплуатации тепловыделяющей сборки за счет жесткой фиксации в ячейках дистанционирующей решетки. Для выравнивания теплогидравлических характеристик теплоносителя, а также обеспечения равномерности температурного поля поперечного сечения кассеты, применяются перемешивающие решетки, включающие в себя специальные элементы – лепестки, которые создают турбулизацию потока теплоносителя и его перемешивание в межтвэльном пространстве, обеспечивая необходимую интенсификацию теплообмена.

Известна перемешивающая дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, выполненные в виде перфорированной обечайки, образующей в поперечном сечении фигурную форму, полученную путем штамповки заготовки в четырех угловых точках внутрь ячейки (US6816563, G21C3/344, 09.11.2004). В данной конструкции ячейки соединены между собой при помощи сварки и снаружи стянуты ободом. На ячейках с обоих сторон перемешивающей дистанционирующей решетки выполнены дистанционирующие выступы сферической формы, а также перемешивающие лопатки, сформированные при помощи прямолинейного выреза на обечайке ячейки и гиба ее свободной части.

Недостатком данной конструкции является недостаточная жесткость ячеек, необходимая для предотвращения смещения тепловыделяющего элемента в течение эксплуатации, что обосновывается наличием перфораций в обечайке, образующих упругие элементы, не обладающих требуемой жесткостью. Так же недостатком является требование к точности изготовления штампованных заготовок для обеспечения гарантированного контакта элементов при помощи точечной сварки, что в свою очередь характеризуется большим объемом работ и сложностью в автоматизации процесса.

Известна перемешивающая дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными взаимно пересекающимися пластинами, в которых выполнены дистанционирующие элементы, представляющие собой отогнутые, зеркально расположенные относительно центра пластины, направленные под углом в продольной оси внутрь ячейки пластинчатые полоски, на свободном конце которых расположены элементы пуклевки (US9620250, G21C3/352, 04.11. 2017). В данной конструкции на пластинах, кроме четырех латеральных, выполнены отогнутые пластинчатые элементы - интенсификаторы, расположенные на торцевой части пластин со стороны выхода теплоносителя, предназначенные для перемешивания потока. В свою очередь, на краях четырех латеральных пластин выполнены вырезы, свободная часть которых отогнута внутрь решетки, предназначенная для предотвращения повреждения интенсификаторов при столкновении двух перемешивающих дистанционирующих решеток.

Недостатком данной конструкции является высокий коэффициент загромождения канала, обусловленный большой площадью перекрытия элементами дистанционирования. Так же недостатком является высокая сложность технологического процесса изготовления и сборки конструкции, что обуславливается большим количеством элементов штамповки и разнородностью элементов дистанционирования на пластинах, зависящей от конкретной позиции пластины в сборке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными пересекающимися пластинами, на краях которых на выходе потока теплоносителя выполнены отогнутые лопатки, предназначенные для перемешивания теплоносителя (EP2929539B1, G21C3/356, 01.11.2017). В данной конструкции дистанционирование тепловыделяющих элементов осуществляется трубчатыми пружинными элементами квадратного сечения, располагаемых в центре пересечения пластин, для чего в них выполнены специальные пазы.

Недостатком данной конструкции является большая длина пазов для вставного дистанционирующего элемента, что уменьшает изгибную жесткость ячеек и жесткость общей конструкции в целом. Так же большая длина дистанционирующих элементов создает большое гидравлическое сопротивление и характеризуется большой силой трения при проталкивании тепловыделяющих элементов в момент сборки.

Задачей данного изобретения является создание более совершенной конструкции элементов, интенсифицирующих теплообмен, и их взаимной ориентации в канале тепловой сборки, учитывая конструктивные особенности дистанционирования тепловыделяющих элементов.

Технический результат – более равномерное распределение поля температур в поперечном сечении канала, увеличение интенсивности теплообмена на поверхности тепловыделяющих элементов, что в свою очередь позволяет увеличить запас до кризиса теплообмена.

Технический результат достигается тем, что перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующих пружинных элементов – колец; на торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя.

Для повышения критического теплового потока в каналах тепловых сборок, как правило, стремятся к увеличению интенсивности следующих явлений: внутриячейковое вихреобразование и межъячейковое перемешивание. Для образования крупномасштабного долгоживущего вихря в центре каждой ячейки четыре дефлектора в основании пересечения пластин ориентированы таким образом, что направление отгиба дефлекторов имеет одно направление в круговой оси. Для увеличения интенсивности межъячейкового перемешивании создается конвективный поток, образованный при обтекании потоком дефлекторов, ориентированных таким образом, что в ячейке располагаются два дефлектора на одной пластине противоположно направленные друг другу, а в смежных ячейках в направлении отклоненного потока дефлектор отсутствует, но дефлекторы, расположенные на перпендикулярных пластинах в поперечном сечении, занимают ту же область, что и смежные ячейки. Для сборки данной перемешивающей решетки, в частности закрепления пружинных элементов со стороны выхода теплоносителя, обеспечивается запас до касания d между внешним краем дефлектора и внутренней стороной кольцевого пружинного элемента в поперечном сечении канала течения теплоносителя.

Суть изобретения раскрывается полным образом графически на чертежах:

фиг. 1 – вставной дистанционирующий элемент в общей сборке;

фиг. 2 – ячейка тепловыделяющей сборки;

фиг. 3 – поперечная проекция пластины;

фиг. 4 – перемешивающая дистанционирующая решетка с 2 дефлекторами на ячейку;

фиг. 5 – перемешивающая дистанционирующая решетка c 4 дефлекторами на ячейку;

фиг. 6 – профили дефлекторов для различных углов отгиба.

Перемешивающая дистанционирующая решетка представляет собой пересекающиеся перпендикулярные пластины (1), (2) (фиг.1), соединенных между собой в специально выполненных пазах (3) (фиг.3), выполненных до середины пластины (фиг. 3), образуя ячейки (4) (фиг. 2) формы квадрата в поперечном сечении. Так же с обоих сторон пластина (фиг.3) имеет пазы квадратного сечения (5) для установки и ячеистых дистанционирующих элементов – колец (6) фиксирующих тепловыделяющие элементы (7), имеющих запас до касания d.

На (фиг.4) представлена перемешивающая дистанционирующая решетка с дефлекторами (8) ориентированных таким образом, что в ячейке (9) два дефлектора (10) находятся на одной пластине противоположно направленные друг другу, а в смежных ячейках (11) в направлении отклоненного потока дефлекторы (12) отсутствуют.

На (фиг.5) представлена перемешивающая дистанционирующая решетка с дефлекторами (13), направление гиба имеет одно направление по круговой оси (14).

На (фиг.6) представлены профили дефлекторов для угла отгиба 25 градусов (15) и 30 градусов (16), геометрия которых обусловлена внутренней формой пружинного элемента (6).

Перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, отличающаяся тем, что образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующими пружинными элементами – кольцами; на торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной технике. Бокс охлаждения контейнеров содержит корпус, затвор и фильтр, соединяющие бокс с системами подачи газа и вытяжной вентиляции.

Настоящее изобретение относится к способу спекания прессованного порошка по меньшей мере одного оксида металла, выбранного из актинидов и лантанидов, для производства гранул ядерного топлива.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в производстве твэлов активных зон водо-водяных ядерных реакторов. Дисперсионный твэл ядерного реактора включает цилиндрическую оболочку с концевыми заглушками, компенсатор крестообразной формы, размещенный при помощи дистанционирующего элемента внутри оболочки, частицы ядерного топлива с массовой долей изотопа 235U в уране от 7 до 93%, выполненные в виде крупки интерметаллидного соединения урана типа U(Al,Si)3 и/или в виде гранул диоксида урана.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в тепловыделяющих сборках ядерных реакторов. Устройство для улавливания твердых частиц в тепловыделяющей сборке ядерного реактора представляет собой перфорированную пластину, выполненную пилообразной в поперечном потоку теплоносителя направлении.

Изобретение относится к области изготовления ядерного топлива в виде диоксида урана и может быть использовано для определения атомного кислородного коэффициента в диоксиде урана.

Изобретение относится к топливной сборке легководного реактора. Топливная сборка для легководного реактора, работающего согласно рабочим циклам реактора, содержит топливные стержни легководного реактора, которые вытянуты в продольном направлении, расположены параллельно друг другу и содержат материалы ядерного топлива, включающие обогащенный уран с первой степенью обогащения.

Изобретение относится к водной сборке для ядерных реакторов. Водная сборка имеет отрицательный коэффициент реактивности с некоторой величиной.

Группа изобретений относится к конструкциям тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает головку и хвостовик, которые соединены между собой с помощью чехла, а также пучок твэлов стержневого типа, которые размещены в чехле с помощью решетки и спиральных элементов дистанционирования, навитых на оболочку каждого твэла и закрепленных на его концах.

Изобретение относится к тепловыделяющей сборке (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). В заявленной тепловыделяющей сборке нижняя решетка, подпирающие ребра и соединительные элементы нижней решетки с хвостовиком выполнены с помощью аддитивной технологии в виде одной детали, имеющей отверстия для прохода теплоносителя криволинейной формы, расположенные равномерно относительно осей круглых отверстий, изогнутые в окружном направлении до обеспечения их непрозрачности в направлении продольной оси тепловыделяющей сборки, и соединенной с хвостовиком посредством сварки.

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов. На трубчатой оболочке выполняют первый кольцевой гофр, вводят в оболочку нижний отражатель, фиксируют его вторым кольцевым гофром, оснащают трубчатую оболочку таблетками делящегося материала, с учетом КТР столба таблеток, наносят третий кольцевой гофр, устанавливают верхнюю концевую деталь, совмещенную с отражателем, и производят аргонно-дуговую сварку с трубчатой оболочкой, вакуумируют, заполняют гелием компенсационный объем, устанавливают нижнюю концевую деталь и производят аргонно-дуговую сварку кольцевого шва.

Изобретение относится к конструкции перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующими пружинными элементами – кольцами. На торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя. Техническим результатом является повышение равномерности распределения поля температур в поперечном сечении канала, увеличение интенсивности теплообмена на поверхности тепловыделяющих элементов, что позволяет увеличить запас до кризиса теплообмена. 6 ил.

Наверх