Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

 

Сущность: прокладочные дистанционирующие решетки для твэлов в ТВС имеют пуклевки в виде гофров, причем отношение радиуса скругления вершины пуклевок к радиусу переходов у их основания менее 0,5. По варианту исполнения на торцовой части пуклевок выполнены направляющие заманы в фиде фасок. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к атомной технике, к устройству тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Известны ТВС, в которых дистанционирование тепловыделяющих элементов (твэлов) осуществляется при помощи дистанционирующих решеток (ДР). Устройство образовано тремя ДР, смещенными относительно ТВС в продольном направлении. Крайние ДР установлены соосно на некотором расстоянии и жестко связаны между собой. Средняя ДР расположена между ними и несколько смещена в поперечном направлении. Дистанционирование твэлов в ТВС осуществляется за счет поджатия упругих стенок средней ДР к каким-либо стенкам крайних ДР. Такие ДР имеют сравнительно большое гидравлическое сопротивление и не обладают достаточной прочностью при транспортных перевозках в случае использования их в ТВС с большим количеством твэлов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту (прототипом) является тепловыделяющая сборка ядерного реактора, которая содержит дистанционирующие узлы, образованные охваченными ободом ячейками, имеющими прямолинейные участки и выступы. В одном прямолинейном участке каждой ячейки выполнен разрез, делящий прямолинейный участок на меньший и больший отрезки, отношение длин которых 0,2-0,4. Соединение ячеек между собой и ободом выполнено по большим отрезкам, которые ориентированы в разные стороны относительно места соединения (точек контактной сварки). Целые ДР пригодны для применения в ТВС типа РБМК, имеющих не более 18 твэлов. В ТВС типа ВВЭР, АСТ, имеющих сотни твэлов, они не обеспечивают достаточной прочности при транспортных перевозках, погрузочно-разгрузочных работах без дополнительных предосторожностей, например, при перевозках ТВС замораживают в жидкости, находящейся в контейнере. Целью изобретения является повышение надежности дистанционирования твэлов в ТВС и улучшение технологичности сборок пучков твэлов. Указанная цель достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей прокладочные дистанционирующие решетки с пуклевками в виде гофров, пуклевки выполнены с отношением радиуса скругления вершины к радиусу переходов основания менее 0,5, причем на торцах пуклевок выполнены направляющие заманы в виде фасок. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная ТВС отличается от прототипа тем, что имеет не разрезанные ячейки и пуклевки, выполненные с отношением радиуса скругления вершины к радиусу переходов основания менее 0,5, причем на торцах пуклевок выполнены направляющие заманы в виде фасок. Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг.1 общий вид части ТВС; фиг. 2 поперечное сечение ТВС с видом на ДР; фиг.3 узел соединения ячеек; фиг.4 продольное сечение по вершине пуклевки с направляющими заманами в виде отбортовок; фиг. 5 продольное сечение по вершине пуклевки с направляющими заманами в виде фасок; фиг.6 расчетные зависимости контактных сил от радиуса скругления вершины пуклевки при установке первого и последующих твэлов ВВЭР-1000 в ДР с натягом 0,15 мм. ТВС состоит из твэлов 1 (фиг.1, 2, 3) и дистанционирующих (прокладочных) решеток 2 (фиг.1, 2), образующих пучок. Концевые детали (головка и хвостовик) ТВС, а также чехол, который может содержаться или не содержаться в ТВС, на рисунках не показаны. Дистанционирующая (прокладочная) решетка 2 (фиг.1, 2) состоит из ячеек 3 (фиг. 2, 3), в которых имеются пуклевки 4 (фиг.3 4, 5), выполненные в виде гофров со скрученной вершиной 5 (фиг.2, 3), и плавными переходами 6 (фиг.2, 3) у основания. На торцах пуклевок имеются направляющие заманы. Обод, который может содержаться или не содержаться в ДР, на чертежах не показан. Профиль пуклевки 4 образован сопряжением дуг окружностей с отношением радиуса скругления вершины к радиусу переходов у основания менее 0,5, независимо от ширины площадки 7 (фиг.3), величина которой выбирается из условия выполнимости контактной сварки. Указанное отношение может определяться вдоль любой линии профиля, в частности, для наружной и внутренней поверхностей, т. к. толщина ячеек практически мала по сравнению с размерами профиля. Расчетно-экспериментальными исследованиями, выполненными авторами, установлено, что при установке твэлов в ДР с одинаковыми натягами радиальные силы, а следовательно, и усилия трения уменьшаются с уменьшением радиуса скругления вершины пуклевки. На фиг.6 приведены расчетные зависимости контактных сил от радиуса скругления вершины пуклевки при установке первого и последующих твэлов ВВЭР-1000 в ДР с натягом 0,15 мм. Так как радиусы скругления вершины и основания связаны условием конструктивного выполнения пуклевки, то приведенные зависимости могут быть представлены как функции отношения этих радиусов. В таком представлении зависимости показывают существенный эффект при отношении радиуса вершины к радиусу основания пуклевки менее 0,5. Однако с уменьшением радиуса скругления вершины пуклевки увеличиваются контактные напряжения между пуклевкой и поверхностью твэла, которые способствуют разрушению лакопокрытия, увеличению силы трения при протягивании твэла через ДР. Для нейтрализации этого отрицательного эффекта достаточно выполнять направляющие заманы в виде фасок, более пологими, чем существующие 8 (фиг.4), или путем удаления материала на торцах пуклевок 9 (фиг.5). В условиях серийного и массового производства ячейки 3 штампуются из отрезков тонкостенных труб или ленты. Ячейки выкладываются в приспособлении по форме ДР и свариваются между собой контактной сваркой по площадкам 7. При наличии обода он приваривается к периферийному ряду ячеек. Сборка твэлов с ДР производится на специальном стенде путем протягивания или вталкивания твэлов через ряды ДР, предварительно установленных в стенде. Твэлы, собранные с ДР, образуют пучок. Пучок соединяется с концевыми деталями (головкой и хвостовиком) непосредственно или посредством чехла, если он входит в состав ТВС. Использование ДР с представленной формой пуклевок позволяет улучшить технологичность, повысить качество и надежность ТВС за счет уменьшения усилий при сборке, исключения нанесения царапин на поверхности твэлов даже без лакопокрытия твэлов, улучшения теплообмена в окрестности мест контакта пуклевок с поверхностью твэла. В настоящее время разработаны чертежи ДР с предлагаемой формой пуклевок для ТВС ВВЭР-1000, проведены прочностные и технико-экономические расчеты, изготовлена опытная партия ДР, произведена сборка двух пучков. Измерениями установлено, что усилия при сборке оказались на 30-40% меньше, чем у штатных ТВС. Заявленное техническое решение целесообразно использовать для ТВС реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000, АСТ-500, РБМ-К, а также для разборных ТВС; предназначенных для замены негерметичных твэлов на новые в процессе эксплуатации. Внедрение изобретения позволит получить экономический эффект по двум направлениям: на предприятиях-изго- товителях и у потребителей на АЭС.

Формула изобретения

1. ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, прокладочные дистанционирующие решетки с пуклевками в виде гофров, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности дистанционирования и улучшения технологичности, пуклевки выполнены с отношением радиуса скругления вершины к радиусу переходов у основания менее 0,5. 2. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что на торцовой части пуклевок выполнены направляющие заманы в виде фасок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6