Способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах и дистанционирующая решетка

 

Использование: при сборке тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) в тепловыделяющие сборки ядерных реакторов для повышения качества сборки, срока ее службы и снижения себестоимости изготовления. Сущность изобретения: расстановку дистанционирующих решеток начинают с расстановки их полуободов с размещением в них секций, изготовленных из единой полосы циркония ряда полуячеек. Ширина циркониевой полосы равна высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода. Размещение ТВЭЛов осуществляют путем их укладки в полуячейки, затем на уложенные в полуячейки ТВЭЛы в полуободы устанавливают вторые секции с ответными полуячейками для нижних полуячеек секций и верхними полуячейками для очередных ТВЭЛов и секций, прижимают вторую секцию к первой в каждом полуободе с образованием полых ячеек и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками и с полуободами и так далее до полного формирования ячеек дистанционирующих решеток по всей длине образованной ТВС с точечной сваркой вторых полуободов на собранное поле ячеек с тепловыделяющими элементами внутри. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к механосборочному производству, в частности к сборке тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) в тепловыделяющие сборки, преимущественно для энергетических атомных реакторов ВВЭР-10000, ВВЭР-440.

Известен способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющих сборок, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистационирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке тепловыделяющей сборки (ТВС) и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент США N 5533077А, опубликован 02.07.96 г., МПК G 21 C 3/32. Аналоги - заявки США: 95389861 от 22.02.95 г. и 93142265 от 25.10.93 г.).

По патенту США N 5533077А при размещении ТВЭЛов в ячейках заложен принцип проталкивания ТВЭЛа в трубу, которая предварительно введена в соосные ячейки дистанционирующих решеток с последующей фиксацией ТВЭЛа и удалением трубы из дистанционирующих решеток, т.е. при сборке ТВС ТВЭЛы дважды контактируют со стенкой трубы при проталкивании ТВЭЛа в трубу и при удалении трубы с ТВЭЛа, что не исключает царапин и потертостей на оболочке ТВЭЛа.

Известно, что основным материалом оболочек ТВЭЛов водоводяных (ВВЭР) и кипящих энергетических реакторов является циркониевый сплав (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛ энергетических реакторов. Книга 1. Ф.Г. Решетников, Ю. К. Бибилашвили, И.С. Головнин и др. Под редакцией Ф.Г. Решетникова. М. Энергоатомиздат, 1995 г., стр. 127).

Известно также, что цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. Под редакцией Г.А. Меерсона и Ю.В. Гагаринского. Издательство иностранной литературы. М., 1959 г., стр. 298).

При сборке ТВС по патенту США N 5533077 двойное соприкосновение со стенкой трубы оболочки при осевом перемещении ТВЭЛа в трубе не исключает образование на оболочке ТВЭЛа царапин или потертостей, вызывающих разъедающую коррозию и возможное разрушение оболочки ТВЭЛа в ядерном реакторе. При вводе трубы в ячейки дистанционирующей решетки с диаметром больше диаметра ТВЭЛа не исключено, что стенки ячейки дистанционирующей решетки после удаления трубы из-за остаточной деформации будут больше диаметра ТВЭЛа, что приведет к вибрации ТВЭЛа в потоке теплоносителя и к неизбежному разрушению (см. Металлургия циркония, стр. 298).

Для предотвращения повреждения оболочки ТВЭЛа при сборке ТВЭЛов в ТВС известно нанесение на оболочки ТВЭЛов перед их сборкой в ТВС защитного покрытия водорастворимого лака и его сушки (см. Патент Российской Федерации N 2127002 от 10.07.96 г., опубликован 27.02.99 г., МПК 6 G 21 C 21/02, B 05 C 3/09. Линия подготовки тепловыделяющих элементов к сборке в ТВС).

Известен способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент Российской Федерации N 2126739 от 27.03.97 г., опубликовано 27.02.99 г. МПК 6B 23 P 15/26, B 21 D 53/08. Автоматическая линия сборки ТВЭЛ в ТВС). В отличие от патента США N 5533077 патент Российской Федерации N 2126739 в дополнение к лакопокраске по патенту Российской Федерации N 2127002 предусматривает оснащение лакопокрашенных ТВЭЛ съемными наконечниками, имеющими диаметр больше диаметра ТВЭЛа и запрессовку в ячейки дистанционирующих решеток ТВЭЛа наконечниками вперед с нанесением на ТВЭЛ смазки в момент запрессовки. Однако защита лаком, смазкой и использование съемных наконечников для ослабления трения стенок ячеек дистанционирующих решеток на ТВЭЛ в момент запрессовки ТВЭЛов в ячейки дистанционирующих решеток не исключает образование царапин, задиров и потертостей на оболочках ТВЭЛов, что снижает качество сборки ТВС и не дает возможности повышения срока службы ТВС в ядерном реакторе.

Кроме того, высока себестоимость изготовления ТВС, включающая высокую стоимость изготовления дистанционирующих решеток из циркониевых тонкостенных труб для изготовления из них ячеек, и стоимость установки лакопокраски ТВЭЛ перед их сборкой в ТВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, для ядерного реактора, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент Российской Федерации N 2127001 от 27.03.97 г., опубликован 27.02.99 г. МКИ 6 G 21 C 3/34. Дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора).

Способ предусматривает использование дистанционирующих решеток с ячейками, имеющими внутренние выступы и просечки, обеспечивающие контакт ТВЭЛа с ячейкой в четырех точках и проталкивание ТВЭЛа в ячейки дистанционирующих решеток при сборке ТВС (см. раздел 10 патента 2127001).

Поскольку в способе сборки ТВС заложен принцип проталкивания ТВЭЛа через соосные ячейки дистанционирующих решеток (см. раздел 10 патента 2127001), то отмена лакопокраски ТВЭЛа и применения наконечника в момент проталкивания ТВЭЛа в соосные ячейки наконечником вперед должны быть обусловлены высоким качеством изготовления выступов с просечками в ячейках дистанционирующих решеток, т. к. в противном случае неизбежны задиры и потертости при проталкивания ТВЭЛа через соосные ячейки пятнадцати дистанционирующих решеток ТВС ВВЭР-1000 и десяти дистанционирующих решеток ТВС ВВЭР-440.

Аналогичные повреждения оболочки ТВЭЛа возможны при нарушении соосности ячеек, использования ТВЭЛов с отклонениями по диаметру, кривизне и превышения усилия проталкивания ТВЭЛа в ячейки параллельно установленных дистанционирующих решеток.

При переходе на пятилетний срок службы ТВС в ядерном реакторе степень риска должна быть исключена.

Известна дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из ленты, снабженные внутренними выступами и просечками (см. Патент Германии N DE 2839211, МКИ G 21 C 3/34, 1979 г.). Недостатком дистанционирующей решетки является невозможность ее применения в ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000, имеющей трубчатые каналы для размещения стержней управления и защиты ядерного реактора, так как отверстия для размещения каналов конструкцией известной дистанционирующей решетки не предусмотрены.

Организация же таких отверстий в силу конструктивных особенностей ее ячеек для ТВЭЛов и их взаимного расположения без изменения конструкции дистанционирующей решетки невозможна.

Известные дистанционирующие решетки при сборке ТВС, установленные параллельно с соосно размещенными ячейками, предусматривают проталкивание через ячейки ТВЭЛов, что не исключает повреждений оболочек ТВЭЛов (царапины, задиры, потертости, и возникновение язвенной коррозии в местах повреждений оболочки ТВЭЛа (см. Металлургия циркония, Перевод с английского, 1959 г., стр. 298).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из циркониевой ленты, снабженные внутренними выступами и просечками, и ячейки для трубы центральной и каналов направляющих (см. Патент Российской Федерации N RU 2127001, МКИ 6G 21 C 3/34 от 27.03.97 г., опубликовано 27.02.99 г.).

Дистанционирующая решетка по патенту RU 2127001 имеет тот же недостаток, что и дистанционирующая решетка по патенту DE 2839211 в части размещения в ячейках ТВЭЛ при сборке их в ТВС проталкиванием ТВЭЛ через ячейки параллельно установленных дистанционирующих решеток, что не исключает повреждений оболочек ТВЭЛ о стенки ячеек, возникновения язвенной коррозии и требует весьма качественного изготовления выступов с просечками на ячейках. В противном случае повреждения ТВЭЛ при сборке ТВС неизбежны, что ограничивает срок службы ТВС в ядерном реакторе. К возможному повреждению оболочки ТВЭЛа может привести нарушение соосности ячеек, кривизна ТВЭЛа, искривление ТВЭЛа при приложении к нему усилий проталкивания, а также отклонения по диаметру ТВЭЛа.

Технической задачей изобретения является повышение качества сборки ТВС, повышение срока службы ТВС в ядерном реакторе и снижение себестоимости изготовления ТВС. Эта техническая задача решается тем, что в способе предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающем параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек, подготовку ТВЭЛ к сборке в ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток согласно изобретению параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек начинают с расстановки их полуободов с размещением в них первых секций из предварительно изготовленных из единой полосы циркония ряда полуячеек, закрепляя точечной сваркой секции к нижней грани каждого полуобода дистанционирующих решеток, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС осуществляют путем набора ТВЭЛ в количестве, равном количеству полуячеек в секции, размещение ТВЭЛов осуществляют путем их укладки в полуячейки, затем на уложенные в полуячейки ТВЭЛы в полуободы устанавливают вторые секции с ответными полуячейками для нижних полуячеек секций и верхними полуячейками для очередных ТВЭЛ и секций, прижимают вторую секцию к первой секции в каждом полуободе по всей длине собираемой ТВС с образованием полных ячеек и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками и с полуободами, а последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с ТВЭЛами с образованием ТВС осуществляют чередованием укладки ТВЭЛов в полуячейки с установкой очередных секций, с их прижимом и точечной сваркой до полного формирования ячеек дистанционирующих решеток по всей длине образованной ТВС с точечной сваркой вторых полуободов на собранное поле ячеек с ТВЭЛами внутри.

Эта техническая задача решается тем, что для осуществления способа в дистанционирующей решетке для ТВС ядерного реактора, преимущественно типа ВВЭР, имеющей шестигранный обод, внутри которого размещены ячейки из циркониевой ленты, снабженные выступами и просечками согласно изобретению обод выполнен составным из двух полуободов, закрепленных между собой точечной сваркой, каждый ряд ячеек, параллельных по осям нижней грани обода и примыкающий к ней выполнен составным из полуячеек в секцию зигзагообразной формы из одной циркониевой полосы с шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой, каждая последующая секция снабжена ответными полуячейками, образующими ряд полных ячеек с нижним рядом полуячеек и рядом полуячеек с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередных секций, а закрепление секций между собой и к ободу осуществлено точечной сваркой. Другим отличием является то, что дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 снабжена в секциях составными ячейками для центральной трубы и каналов направляющих большего диаметра, чем ячейки для ТВЭЛов в этих же секциях.

Предварительное изготовление секций полуячеек дистанционирующих решеток и сборки их с чередованием укладки ТВЭЛов с образованием ТВС и дистанционирующих решеток позволит повысить качество сборки ТВС за счет исключения использования дорогостоящих циркониевых труб для изготовления ячеек дистанционирующих решеток. Изготовления секций полуячеек штамповкой из целой циркониевой ленты с одновременным выполнением просечек, стыковки рядов полуячеек при сборке ТВС после укладки в них ТВЭЛ позволит достичь полного исключения лакопокраски поверхности ТВЭЛ и удаления лака после сборки ТВС, исключения нанесения смазки и ее отмывки после сборки ТВС и исключения применения съемных наконечников, что позволит снизить себестоимость изготовления.

Способ применим к ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 и ВВЭР-440.

На чертежах представлены способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющей сборки и дистанционирующая решетка: на фиг. 1 - способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющей сборки.

Фиг. 2 - дистанционирующая решетка для ТВС ВВЭР-1000; Фиг. 3 - дистанционирующая решетка для ТВС ВВЭР-440; Фиг. 4 - фрагмент расположения первой и второй секций дистанционирующей решетки в ободе с ТВЭЛами; Фиг. 5 - фрагмент ячейки с пуклевками в сборе с ТВЭЛом; Фиг. 6 - выступ и просечки на ячейке с ТВЭЛом внутри.

Дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора, преимущественно для типа ВВЭР, имеющая шестигранный обод из закрепленных точечной сварки двух полуободов 1, 2, внутри которого размещены ячейки 3 из циркониевой ленты (сплав циркония с 1% ниобия), снабженные выступами 4 и просечками 5. На фиг. 5 выступы 4 выполнены в виде пуклевки.

Каждый ряд ячеек 3, параллельных по осям нижней грани 6 обода и примыкающий к ней, выполнен составным из полуячеек 7 в секцию 8 из одной циркониевой полосы зигзагообразной формы с шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой.

Каждая последующая секция 9 содержит ответные полуячейки 10, образующие при сборке ТВС полные ячейки с нижним рядом полуячеек 7 и ряд полуячеек 11, с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы этой секции 9, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередной секции "n" при сборке ТВС и т.д.

Дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 снабжена составными ячейкам 12 большего диаметра для центральной трубы и составными ячейками 13 большего диаметра для каналов направляющих, чем ячейки для ТВЭЛов 14 в этих же секциях. Ячейки 3 предназначены для размещения в них ТВЭЛ 14.

Способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС осуществляют следующим образом.

Параллельную на равном расстоянии друг от друга расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек 3 начинают с расстановки их полуободов 1 с размещением в них первых секций 8 из предварительно изготовленных из единой полосы циркония (сплав циркония с 1% ниобия) ряда полуячеек 7, закрепления секции 8 точечной сваркой к нижней грани 6 каждого полуобода 1 дистанционирующей решетки.

Подготовку ТВЭЛ 14 к сборке в ТВС осуществляют путем набора ТВЭЛ 14 в количестве, равном количеству полуячеек в секции. Размещение ТВЭЛов 14 осуществляют путем их укладки горизонтально в полуячейки 7, затем на уложенные в полуячейки 7 ТВЭЛы 14 в полуободы 1 устанавливают секции 9 с ответными полуячейками 10 для нижних полуячеек 7 секции 8 и верхними полуячейками 11 для очередных ТВЭЛ 14 секции "H", прижимают секцию 9 к секции 8 в каждом полуободе 1 по всей длине собираемой ТВС с образованием полных ячеек 3 и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками 3 и полуободами 1. Последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с ТВЭЛами 14 с образованием ТВС осуществляют чередованием укладки ТВЭЛов 14 в полуячейки с установкой очередных секций, их прижима и точечной сварки до полного формирования ячеек 3 дистанционирующих решеток по всей длине образованной ТВС с точечной сваркой полуободов 2 на собранное поле ячеек 3 с ТВЭЛами 14 в них.

В процессе сборки ТВС возможно использование при сборке ТВЭЛ 14 с разбросом по диаметру 9,05 - 9,26 мм, то для исключения люфта или большого натяга предусматривается упругая компенсация в виде упругих выступов 4 с прорезями 5 на каждой ячейке 3 в количестве четырех упругих выступов 4 диаметрально противоположно.

В дистанционирующей решетке для ТВС для ядерного реактора ВВЭР-1000 предусмотрены центральные ячейки 12 для трубы центральной и ячейки 13 для каналов направляющих, имеющих диаметр вписанной окружности больше, чем диаметр вписанной окружности для ТВЭЛа 14.

Формула изобретения

1. Способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек, подготовку тепловыделяющих элементов к сборке в тепловыделяющую сборку и размещение тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток, отличающийся тем, что параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек начинают с расстановки их полуободов с размещением в них первых секций из предварительно изготовленных из единой полосы циркония ряда полуячеек, закрепления точечной сваркой секции к нижней грани каждого полуобода дистанционирующих решеток, подготовку тепловыделяющих элементов к сборке в тепловыделяющую сборку осуществляют путем набора тепловыделяющих элементов в количестве, равном количеству полуячеек в секции, размещение тепловыделяющих элементов осуществляют путем их укладки в полуячейки, затем на уложенные в полуячейки тепловыделяющие элементы в полуободы устанавливают вторые секции с ответными полуячейками для нижних полуячеек секции и верхними полуячейками для очередных тепловыделяющих элементов и секций, прижимают вторую секцию к первой секции в каждом полуободе по всей длине собираемой тепловыделяющей сборки с образованием полных ячеек и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками и с полуободами, а последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с тепловыделяющими элементами с образованием тепловыделяющей сборки осуществляют чередованием укладки тепловыделяющих элементов в полуячейки с установкой очередных секций, с их прижимом и точечной сваркой до полного формирования ячеек дистанционирующих решеток по всей длине образованной тепловыделяющей сборки с точечной сваркой вторых полуободов на собранное поле ячеек с тепловыделяющими элементами внутри.

2. Дистанционирующая решетка, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены ячейки из циркониевой ленты, снабженные выступами с просечками, отличающаяся тем, что обод выполнен составным из двух полуободов, закрепленных между собой точечной сваркой, каждый ряд ячеек, параллельных по осям нижней грани обода, и примыкающий к ней выполнен составным из полуячеек в секцию из одной циркониевой полосы зигзагообразной формы шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой, каждая последующая секция снабжена ответными полуячейками, образующими ряд полных ячеек с нижним рядом полуячеек и рядом полуячеек с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередных секций, а закрепление секций между собой и к ободу осуществлено точечной сваркой.

3. Дистанционирующая решетка по п.2, отличающаяся тем, что для тепловыделяющей сборки ядерного реактора ВВЭР-1000 она снабжена в секциях составными ячейками для центральной трубы и каналов направляющих большего диаметра, чем ячейки для тепловыделяющих элементов в этих же секциях.

РИСУНКИ

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