Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (варианты)

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением. Техническим результатом изобретения является увеличение изгибной жесткости тепловыделяющих сборок, сохранение изгибной жесткости упомянутых сборок и, как следствие, стабильное термомеханическое поведение активной зоны при эксплуатации в перспективных топливных циклах, улучшение условий проведения транспортно-технологических операций, сохранение существующей технологии изготовления и разборности тепловыделяющих сборок. Предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головку и хвостовик, соединенные опорными элементами, элементы дополнительной жесткости, соединенные с дистанционирующими решетками и хвостовиком. Элементы дополнительной жесткости выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают как минимум один тепловыделяющий элемент в непериферийном ряду пучка тепловыделяющих элементов. Предложен также вариант тепловыделяющей сборки, отличающейся тем, что элементы дополнительной жесткости выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают один из тепловыделяющих элементов каждой грани периферийного ряда пучка тепловыделяющих элементов. По другому варианту элементы дополнительной жесткости замещают центральный тепловыделяющий элемент каждой несмежной грани пучка тепловыделяющих элементов. Элементы дополнительной жесткости могут иметь соединение с головкой с возможностью продольных перемещений. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к тепловыделяющим сборкам для ядерных реакторов с водой под давлением.

Предшествующий уровень техники

Известна тепловыделяющая сборка [Патент РФ №2093906, кл. G 21 С 3/30, 1998], содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами. Опорные элементы установлены по высоте от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки и выполнены в виде штампованных угловых пластин из циркониевого сплава, и соединены сваркой с дистанционирующими решетками и винтами с хвостовой частью. Недостатком данной конструкции является трудоемкость изготовления уголков и приварки их к дистанционирующим решеткам, а также возможность депланации уголков как при работе реактора, так и при проведении транспортно-технологических операций.

Известна тепловыделяющая сборка [Патент США №4285771, кл. G 21 С 3/30, 1981], содержащая гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, размещенный в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах сборки вместо части периферийных твэл. Недостатком данной конструкции является увеличенная металлоемкость и трудоемкость изготовления, а также неэффективное использование (исключение из процесса выработки энергии) пространства, занятого опорными элементами, в углах сборки.

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков с предлагаемым изобретением является тепловыделяющая сборка [Патент США №4285771, кл. G 21 С 3/30,1981], что и выбираем за прототип.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является повышение надежности тепловыделяющих сборок и безопасности ядерного реактора.

Задачей изобретения является увеличение и длительное сохранение изгибной жесткости и устойчивости тепловыделяющей сборки в активной зоне.

Техническим результатом является стабильное термомеханическое поведение активной зоны при эксплуатации, улучшение условий проведения транспортно-технологических операций по перегрузке тепловыделяющих сборок.

Указанный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), новым является то, что элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают как минимум один тепловыделяющий элемент (1) в непериферийном ряду пучка тепловыделяющих элементов (1).

Указанный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), новым является то, что элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают один из тепловыделяющих элементов (1) каждой грани периферийного ряда пучка тепловыделяющих элементов (1).

Указанный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), новым является то, что элементы дополнительной жесткости (6) замещают центральный тепловыделяющий элемент (1) каждой несмежной грани пучка тепловыделяющих элементов (1).

При этом элементы дополнительной жесткости (6) могут иметь соединение с головкой (3) с возможностью продольных перемещений, например при помощи направляющих элементов (7).

Такая конструкция обеспечивает увеличение и длительное сохранение изгибной жесткости и устойчивости тепловыделяющей сборки в активной зоне при эксплуатации в перспективных топливных циклах с повышением выгорания и времени облучения. Такая конструкция обеспечит также улучшение условий проведения транспортно-технологических операций.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены

фиг.1 - тепловыделяющая сборка с элементами дополнительной жесткости в пучке тепловыделяющих элементов;

фиг.2 - сечение тепловыделяющей сборки с элементами дополнительной жесткости в пучке тепловыделяющих элементов;

фиг.3 - фрагмент тепловыделяющей сборки с элементами дополнительной жесткости и взаимодействующими с ними направляющими головки тепловыделяющей сборки;

фиг.4 - сечение тепловыделяющей сборки с элементами дополнительной жесткости, расположенными по оси симметрии несмежных граней пучка тепловыделяющих элементов;

фиг.5 - сечение тепловыделяющей сборки с элементами дополнительной жесткости, расположенными со смещением относительно оси симметрии каждой грани пучка тепловыделяющих элементов;

фиг.6 - вертикальный разрез фрагмента тепловыделяющей сборки, в которой направляющие элементы снабжены упорами, ограничивающими вертикальные перемещения направляющих элементов и элементов дополнительной жесткости относительно друг друга;

фиг.7 - вертикальный разрез фрагмента тепловыделяющей сборки, в которой элементы дополнительной жесткости снабжены упорами, ограничивающими вертикальные перемещения направляющих элементов и элементов дополнительной жесткости относительно друг друга.

Варианты осуществления изобретения

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), например направляющими каналами или чехлом, элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4). Элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают как минимум один тепловыделяющий элемент (1) в непериферийном ряду пучка тепловыделяющих элементов (1).

По варианту элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают один из тепловыделяющих элементов (1) каждой грани периферийного ряда пучка тепловыделяющих элементов (1).

По другому варианту элементы дополнительной жесткости (6) замещают центральный тепловыделяющий элемент (1) каждой несмежной грани пучка тепловыделяющих элементов (1).

По варианту элементы дополнительной жесткости (6) могут иметь соединение с головкой (3) с возможностью продольных перемещений, например при помощи направляющих элементов (7).

Предлагаемая тепловыделяющая сборка работает следующим образом.

При работе реактора сборка тепловыделяющая нагружается путем силового воздействия на головку (3). Кроме того, на дистанционирующие решетки (2) воздействует усилие от термомеханического расширения пучка тепловыделяющих элементов (1). Элементы дополнительной жесткости (6), установленные в пучке тепловыделяющих элементов (1), соединены с хвостовиком (4) и дистанционирующими решетками (2) и препятствуют совместно с опорными элементами (5) деформации тепловыделяющей сборки, а также депланации дистанционирующих решеток (2). Элементы дополнительной жесткости (6) при установке в периферийном ряду могут выступать направляющими, по которым скользят дистанционирующие решетки (2) смежных тепловыделяющих сборок при установке - извлечении тепловыделяющей сборки в реакторе. Тем самым улучшаются условия проведения транспортно-технологических операций.

Предлагаемое решение по совокупности существенных признаков сборки тепловыделяющей ядерного реактора обладает новизной по сравнению с прототипом.

Внедрением предлагаемого решения достигается сохранение изгибной жесткости тепловыделяющих сборок при эксплуатации в перспективных топливных циклах с повышенным временем облучения, улучшение условий проведения транспортно-технологических операций.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется следующим:

- меньшим формоизменением активной зоны, что дает возможность эксплуатации активной зоны, состоящей из тепловыделяющих сборок предлагаемой конструкции в перспективных топливных циклах с повышенной эффективностью использования ядерного топлива;

- улучшением условий проведения транспортно-технологических операций, сокращением сроков проведения перегрузки и уменьшением дозозатрат.

Промышленная применимость

Наиболее целесообразно предложенные решения использовать для эксплуатации на водо-водяных ядерных энергетических реакторах.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней и замещают, как минимум, один тепловыделяющий элемент (1) в непериферийном ряду пучка тепловыделяющих элементов (1).

2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) содержат соединение с головкой (3) с возможностью продольных перемещений.

3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) выполнены в виде труб или цилиндрических стержней, и замещают один из тепловыделяющих элементов (1) каждой грани периферийного ряда пучка тепловыделяющих элементов (1).

4. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.3, отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) содержат соединение с головкой (3) с возможностью продольных перемещений.

5. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов (1), установленных в расположенных по высоте сборки дистанционирующих решетках (2), головку (3) и хвостовик (4), соединенные опорными элементами (5), элементы дополнительной жесткости (6), соединенные с дистанционирующими решетками (2) и хвостовиком (4), отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) замещают центральный тепловыделяющий элемент (1) каждой несмежной грани пучка тепловыделяющих элементов (1).

6. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.5, отличающаяся тем, что элементы дополнительной жесткости (6) содержат соединение с головкой (3) с возможностью продольных перемещений.