Тепловыделяющая сборка энергетического ядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной технике и касается конструкции разборных тепловыделяющих сборок, содержащих чехол, соединенный винтами с головкой и/или хвостовиком, особенно для реакторов ВВЭР-440. Тепловыделяющая сборка содержит чехол, соединенный имеющими коническую головку винтами, по крайней мере, с одной концевой деталью. В концевых деталях на посадочных местах под чехол выполнены конические впадины и конические отверстия под головку винта. Угол между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали чехла выбран от 2^o45' до 3^o45'. Диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали выбран от 1,82 d до 2,37 d, где d - максимальный диаметр головки винта. В результате упрощается конструкция тепловыделяющей сборки при одновременном повышении ее технологичности, обеспечивается возможность монтажа-демонтажа концевых деталей без деформации граней чехла и исключается взаимодействие периферийных тепловыделяющих элементов с внутренней поверхностью чехла при их удалении из сборки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и касается конструкции разборных тепловыделяющих сборок, содержащих чехол, соединенный винтами с головкой и/или хвостовиком, особенно для реакторов ВВЭР-440 и для реакторов BWR и PWR с чехловыми тепловыделяющими сборками.

В настоящее время к конструкциям тепловыделяющих сборок предъявляется требование обеспечения возможности их монтажа-демонтажа для удаления негерметичных тепловыделяющих элементов и установки на их место исправных тепловыделяющих элементов или вытеснителей. Замену тепловыделяющих элементов можно произвести только при разъединении чехла с головкой и хвостовиком тепловыделяющей сборки.

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку, хвостовик и чехол, соединенный с головкой и хвостовиком посредством винтов (RU 1823680, G 21 С 3/30, 27.06.1996). Чехол в местах прикрепления к концевым деталям (головка и хвостовик) отбортован внутрь отверстиями, в которых заподлицо с наружной поверхностью чехла установлены головки винтов. Отбортованные отверстия в чехле выполнены каплевидной формы, что позволяет законтрить винты путем приварки их головок к концевым деталям. Контровка винтов сваркой с концевыми деталями уменьшает вспучиваемость чехла в местах его соединения с концевыми деталями. Однако демонтаж данной тепловыделяющей сборки существенно затруднен, поскольку предполагает устранение сварного соединения, что практически невозможно в бассейне выдержки, заполненном водой.

Кроме того, наличие отбортовки, взаимодействующей с коническим отверстием в концевой детали, существенно осложняет разъединение чехла и концевой детали после вывинчивания винтов. Наличие отбортовки препятствует также выемке пучка тепловыделяющих элементов из чехла при разборке тепловыделяющей сборки.

Известна также тепловыделяющая сборка, в которой для удобства монтажа-демонтажа пучка тепловыделяющих элементов на концевых участках граней чехла выполнены продольные прорези, а на гранях чехла выполнены отбортовки под посадочные места винтов (RU 2133511, G 21 С 3/32, 20.07.1999). Такая конструкция применяется в том случае, если развод ограниченных пазами частей граней в стороны от продольной оси тепловыделяющей сборки при сборочно-разборочных операциях производится внешним воздействием без выхода в область пластических деформаций материала чехла. Однако в некоторых случаях, при выполнении сборочных операций удобнее работать с чехлом, у которого части граней, ограниченные прорезями, заранее отогнуты на требуемый угол и оставлены в таком положении путем их деформации соответствующим образом, что позволяет вывести контуры отбортовок за контур внутренней поверхности проходного сечения чехла. Несмотря на возможность исключения контакта отбортовок с концевыми деталями при сборке-разборке данная тепловыделяющая сборка имеет усложненную конструкцию, что обусловлено необходимостью выполнения прорезей, а при ее сборке-разборке следует отгибать концевые части граней, что понижает технологичность операции сборки-разборки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является тепловыделяющая сборка энергетического ядерного реактора, содержащая чехол, соединенный имеющими коническую головку винтами, по крайней мере, с одной концевой деталью, в которой на посадочных местах под чехол выполнены впадины и конические отверстия под головку винта (RU 2143755, G 21 С 3/324, 27.12.1999). В известной конструкции в гранях чехла выполнены отбортовки, взаимодействующие со впадинами на концевых деталях. Причем отбортовки и впадины имеют плоские участки, по которым прилегают друг к другу. На этих участках установлены винты с конической головкой, которые законтрены от самопроизвольного отвинчивания за счет того, что периферийные части головок винтов осажены или отогнуты внутрь углублений или пазов, или прорезей, выполненных в чехле.

При разборке известной конструкции разконтривание винтов осуществляют механически, что повышает технологичность. Снятие концевых деталей с чехла осуществляется за счет упругой деформации чехла в местах отбортовок. Для этого в отбортовках выполняют, в частности, прорези, концентричные окружности отбортовки. Изменением длины прорезей можно достигнуть практически любого заданного усилия одевания или съема чехла с концевых деталей. Тем не менее наличие в чехле известной конструкции отбортовок в виде выступов затрудняет монтаж-демонтаж концевых деталей. Выполнение в гранях чехла выступов, точно соответствующих впадинам на концевых деталях, требует особой тщательности при производстве конструкции.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание тепловыделяющей сборки энергетического ядерного реактора, обладающей улучшенными характеристиками.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в том, что упрощается конструкция тепловыделяющей сборки при одновременном повышении ее технологичности, обеспечивается возможность монтажа-демонтажа концевых деталей без деформации граней чехла и исключается взаимодействие периферийных тепловыделяющих элементов с внутренней поверхностью чехла при их удалении из сборки.

Данные технические результаты достигаются тем, что в тепловыделяющей сборке энергетического ядерного реактора, содержащей чехол, соединенный имеющими коническую головку винтами, по крайней мере, с одной концевой деталью, в которой на посадочных местах под чехол выполнены впадины и конические отверстия под головку винта, впадины выполнены конической формы с углом между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали от 2^o45' до 3^o45', а диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали выбран от 1,82 d до 2,37 d, где d - максимальный диаметр головки винта.

Отличительная особенность настоящего изобретения заключается в том, что впадины выполнены конической формы с углом между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали от 2^o45' до 3^o45', т.е. впадины не имеют плоских поверхностей. Контакт между коническими поверхностями предполагает более точную их установку. При этом на гранях чехла не выполняются выступы или отбортовка, поскольку плотный контакт внутренней поверхности чехла с конической впадиной в концевой детали осуществлен за счет упругой деформации материала чехла, образующейся при завинчивании винта. Для обеспечения только упругой деформации материала чехла диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали выбран от 1,82 d до 2,37 d, где d - максимальный диаметр головки винта. Если угол между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали меньше 2^o45', а диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали более 2,37 d, взаимодействие внутренней поверхности чехла с наружной поверхностью концевой детали в области впадины практически не отличается от взаимодействия плоских поверхностей. Если угол между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали больше 3^o45', а диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали менее 1,82 d, материал чехла подвергается пластической деформации.

Действительно при существенных значениях угла между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали и незначительной величине диаметра D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали деформация грани чехла в направлении впадины будет иметь пластический характер, поскольку абсолютные перемещения грани чехла в области впадины достаточно значительны.

Вышеприведенные величины были установлены экспериментально с учетом реальной толщины стенки чехла, которая составляет (1,5÷2,0) мм.

Целесообразно головки винтов выполнить с углом конусности от 56 до 62^o, максимальный диаметр головки винта - от 19,4 до 19,9 мм, диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали - от 36,0 до 39,0 мм.

Кроме того, максимальный диаметр головки винта может быть от 13,16 l до 9,87 l, где l - толщина стенки грани чехла.

На фиг. 1 изображен общий вид тепловыделяющей сборки энергетического ядерного реактора, на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1, а на фиг.3 приведен узел В (увеличено) на фиг.2.

Тепловыделяющая сборка содержит чехол 1, соединенный винтами 2, по крайней мере, с одной концевой деталью 3 - головкой и/или хвостовиком. В концевой детали 3 на посадочных местах под чехол выполнены впадины конической формы и конические отверстия под головку винта с углом α между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали чехла, выбранным от 2^o45' до 3^o45'. Диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали 3 выбран от 1,82 d до 2,37 d, где d - максимальный диаметр головки винта 2. Чехол 1 может быть выполнен как шестигранным, так и четырехгранным. Количество винтов 2 и их местоположение на грани определяется известными методами. Контровка винтов 2 после их завинчивания осуществляется также известными способами, например деформацией конической головки винта.

Изготовление описываемой тепловыделяющей сборки осуществляют на известном оборудовании с использованием штатной технологии, не требующей специальной оснастки. После изготовления конических впадин на концевых деталях 3 и выполнения отверстий под винты 2 в гранях чехла 1 осуществляют монтаж тепловыделяющей сборки. После набора пучка (не показан) тепловыделяющих элементов его размещают внутри чехла 1. Далее производят соединение чехла 1 с концевыми деталями 3 посредством винтов 2. При ввинчивании винтов 2 происходит упругая деформация грани чехла в направлении конической впадины, выполненной в концевой детали 3. Грань чехла в области впадины деформируется и повторяет форму впадины, обеспечивая плотное соединение концевой детали и чехла.

При необходимости демонтажа тепловыделяющей сборки вывинчивают винты 2, что приводит к восстановлению исходной формы грани чехла в области впадины, поскольку деформация грани имела место в упругой области. Чехол легко отсоединяется от концевых деталей, а выемка пучка тепловыделяющих элементов из чехла происходит без препятствий ввиду отсутствия выступов на гранях чехла.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет существенно упростить монтаж-демонтаж тепловыделяющих сборок, а также повысить технологичность их изготовления.

Формула изобретения

1. Тепловыделяющая сборка энергетического ядерного реактора, содержащая чехол, соединенный имеющими коническую головку винтами, по крайней мере, с одной концевой деталью, в которой на посадочных местах под чехол выполнены впадины и конические отверстия под головку винта, отличающаяся тем, что впадины выполнены конической формы с углом между образующей конуса и наружной поверхностью концевой детали чехла от 2^o45' до 3^o45', а диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали выбран от 1,82 d до 2,37 d, где d - максимальный диаметр головки винта.

2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что головки винтов выполнены с углом конусности от 56 до 62^o.

3. Тепловыделяющая сборка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что максимальный диаметр головки винта составляет от 13,16 l до 9,87 l, где l - толщина стенки грани чехла.

4. Тепловыделяющая сборка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что максимальный диаметр головки винта выбран от 19,4 до 19,9 мм.

5. Тепловыделяющая сборка по п.1 или 2, или 3, или 4, отличающаяся тем, что диаметр D впадины на пересечении ее с наружной поверхностью концевой детали выбран от 36,0 до 39,0 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3