Дистанционирующая решетка и способ изготовления дистанционирующей решетки
Владельцы патента RU 2256960:
Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)
Изобретение относится к атомной энергетике и касается технологии изготовления дистанционирующих решеток, используемых для фиксирования тепловыделяющих элементов в тепловыделяющих сборках, особенно в тепловыделяющих сборках, не имеющих чехла (в реакторах типа ВВЭР 1000, PWK). Дистанционирующая решетка содержит фигурные ячейки, соединенные между собой по сопрягаемым поверхностям, на которых выполнены монтажные площадки для соединения фигурных ячеек. Монтажные площадки выполнены калиброванием до заданного размера наружной поверхности каждой фигурной ячейки путем пластической деформации со стороны их внутренней поверхности. Для этого в качестве исходных ячеек используют заготовки, у которых средний заданный размер наружной поверхности (0,72÷0,99) от заданного размера наружной поверхности фигурной ячейки. В результате уменьшается искривление тепловыделяющей сборки, обеспечивается возможность увеличения шага ячеек и снижается зазор между тепловыделяющими сборками. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к атомной энергетике и касается технологии изготовления дистанционирующих решеток, используемых для фиксирования тепловыделяющих элементов в тепловыделяющих сборках, особенно в тепловыделяющих сборках, не имеющих чехла (в реакторах типа ВВЭР 1000, PWR).
Уровень техники
Дистанционирующие решетки должны обеспечивать жесткую фиксацию стержневых элементов, в том числе тепловыделяющих элементов в тепловыделяющей сборке на определенном расстоянии друг от друга, которое определяется нейтронно-физическими и теплогидравлическими параметрами тепловыделяющей сборки и ядерной энергетической установки. Указанное расстояние (шаг) необходимо обеспечивать в течение всего срока эксплуатации тепловыделяющей сборки.
Известен способ изготовления дистанционирующих решеток, заключающийся в том, что установленные на ребро полосы соединяют друг с другом с образованием системы ячеек, каждая из которых предназначена для размещения одного тепловыделяющего элемента (US 4885127, G 21 С 3/34, 1981 г.). В каждую ячейку помещают две вставки, которые располагают в противоположных углах ячейки. На одной вставке формируют пружинящие элементы, а на другой - выпуклости. Каждой вставке при изготовлении придают L-образную форму, причем оба плеча образуют угол 90 градусов, так, что они прилегают к стенкам ячейки. Пружинящие элементы и выпуклости, выступая внутрь ячейки, зажимают тепловыделяющий элемент. Использование дополнительных вставок повышает трудоемкость сборки решетки и не обеспечивает получение одинаковых межцентровых расстояний ячеек в дистанционирующей решетки.
Известна также дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки, содержащая отрезки гофрированных лент, образующих при соединении ячейки для тепловыделяющих элементов (SU 1764448, G 21 С 3/34, 10.09.1995). Отрезки однотипных лент выполнены в виде попарно однотипных, попарно многократно пересекающихся между собой отрезков, имеющих прорези в местах пересечения. Гофрированные ленты пересекаются таким образом, что толщина стенок, разделяющих ячейки, равна удвоенной толщине отрезков гофрированных лент. При изготовлении дистанционирующей решетки данной конструкции возникает проблема в обеспечении одинакового межцентрового расстояния ячеек и размера решетки “под ключ”, поскольку толщина лент в различных партиях различна.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является дистанционирующая решетка, содержащая фигурные ячейки, соединенные между собой по сопрягаемым поверхностям (Типовой технологический процесс №0228800027, ОАО “Машиностроительный завод”, г.Электросталь, Московской обл.). Способ изготовления известной дистанционирующей решетки включает изготовление отдельных фигурных ячеек из исходных ячеек и соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям. Исходные ячейки получают штамповкой из исходных труб. В различных партиях труб толщина стенок труб различна в пределах допусков. Поэтому фигурные ячейки, получаемые из труб с различной толщиной стенок, также имеют различную толщину стенок. В результате при соединении фигурных ячеек между собой имеет место разброс в величинах межцентрового расстояния ячеек, изготовленных из различных партий труб и большой разброс в размерах “под ключ” дистанционирующих решеток, изготовленных из различных партий труб. Низкая точность выполнения вышеуказанных размеров приводит к несоблюдению водоуранового отношения, что оказывает негативное влияние на нейтронно-физические параметры активной зоны. Уменьшить величину отклонения в размерах дистанционирующих решетках, изготовленных из различных партий труб, возможно путем селекции труб по толщине стенки или путем использования набора комплектов штамповой оснастки, каждый из которых предназначен для изготовления ячеек из труб определенной толщины. Однако данные мероприятия существенно повышают трудоемкость производства.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка и создание дистанционирующей решетки и способа ее изготовления, обеспечивающих снижение трудоемкости изготовления дистанционирующих решеток при одновременном уменьшении допуска размеров дистанционирующих решеток.
В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в уменьшении величины искривления тепловыделяющей сборки, в обеспечении возможности увеличения межцентрового расстояния (шага) ячеек дистанционирующей решетки, что улучшает водоурановое отношение, в снижении зазора между тепловыделяющими сборками, что улучшает условия эксплуатации периферийных тепловыделяющих элементов.
Данные технические результаты достигаются тем, что в дистанционирующей решетке, содержащей фигурные ячейки, соединенные между собой по сопрягаемым поверхностям, на сопрягаемых поверхностях выполнены монтажные площадки для соединения фигурных ячеек, причем монтажные площадки выполнены калиброванием до заданного размера наружной поверхности каждой фигурной ячейки путем пластической деформации со стороны их внутренней поверхности, а длина монтажных площадок в направлении продольной оси фигурной ячейки составляет не менее 3,6 мм от торцов фигурной ячейки или равна длине фигурной ячейки.
Для тех же результатов в способе изготовления дистанционирующей решетки, включающем изготовление отдельных фигурных ячеек из исходных ячеек и соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям, в качестве исходных ячеек используют заготовки, у которых средний заданный размер наружной поверхности составляет (0,72÷0,998) от заданного размера наружной поверхности фигурной ячейки, затем осуществляют калибрование заготовок по наружной поверхности путем пластической деформации заготовок со стороны их внутренней поверхности до взаимодействия наружной поверхности заготовок с ограничивающей поверхностью матрицы, внутренняя поверхность которой имеет заданный размер.
Отличительная особенность настоящего изобретения заключается в том, что на сопрягаемых поверхностях фигурных ячеек выполнены монтажные площадки для соединения фигурных ячеек. Причем монтажные площадки выполнены калиброванием до заданного размера наружной поверхности каждой фигурной ячейки путем пластической деформации со стороны их внутренней поверхности. В результате размер фигурных ячеек по наружной поверхности не зависит от толщины стенок фигурной ячейки, а отклонение калиброванного размера наружной поверхности фигурной ячейки от заданной величины имеет незначительное значение. Естественно, что заданный размер по наружной поверхности фигурной ячейки характеризует расстояние между наружной поверхностью монтажных площадок ячейки. Причем у части ячеек получаемый размер по наружной поверхности больше заданного размера, а у части ячеек - меньше заданного размера. Поэтому соединение монтажных площадок фигурных ячеек между собой существенно снижает различие в межцентровых расстояниях ячеек, а также значительно уменьшает отклонение размера “под ключ” дистанционирующей сборки от заданного значения. Длина монтажных площадок в направлении продольной оси фигурной ячейки должна быть не менее 3,6 мм от торцов фигурной ячейки или равна длине фигурной ячейки. Данная величина выбрана из следующих факторов. С одной стороны, длина монтажных площадок должна быть минимальной для более точного калибрования монтажных площадок по наружной поверхности и снижения усилий при их деформации со стороны их внутренней поверхности, а, с другой стороны, длина монтажных площадок в направлении продольной оси ячейки должна обеспечивать качественную сварку. Для создания монтажных площадок в качестве исходных ячеек используют заготовки, у которых средний заданный размер наружной поверхности составляет (0,72÷0,998) от заданного размера наружной поверхности фигурной ячейки, что и позволяет осуществить калибровку наружной поверхности монтажных площадок до заданного размера путем пластической деформации заготовок со стороны их внутренней поверхности до взаимодействия наружной поверхности заготовок с ограничивающей поверхностью матрицы, внутренняя поверхность которой имеет заданный размер. Выбор меньшего значения вышеуказанного диапазона обусловлен тем, что минимальная пластичность труб из сплава Э-110 составляет 28% (1-0,28=0,72) и холодная деформация (калибровка) при больших деформациях невозможно. Выбор большего значения вышеуказанного диапазона обусловлен наличием упругой отдачи при калибровке, которая составляет 0,2% (1-0,002=0,998).
Кроме того, после соединения фигурных ячеек по сопрягаемым поверхностям производят калибровку фигурных ячеек в составе дистанционирующей решетки или термофиксацию дистанционирующей решетки, а соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям производят посредством контактной точечной сварки.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 показан общий вид дистанционирующей решетки, на фиг.2 изображен штамп для калибровки фигурных ячеек, на фиг.3 показан разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 приведен поперечный разрез фигурной ячейки.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Дистанционирующая решетка содержит фигурные ячейки 1, соединенные между собой по сопрягаемым поверхностям. Фигурные ячейки 1 предназначены для фиксации тепловыделяющих элементов. Для этого в фигурных ячейках выполнены различного рода элементы - пуклевки и т.п. (не показаны). В дистанционирующей решетке предусмотрены зоны 2 для установки центральной трубки и направляющих каналов. На сопрягаемых поверхностях фигурных ячеек 1 выполнены монтажные площадки 3 для соединения фигурных ячеек 1. Монтажные площадки выполнены калиброванием до заданного размера D наружной поверхности каждой фигурной ячейки путем пластической деформации со стороны их внутренней поверхности. Длина L монтажных площадок 3 в направлении продольной оси фигурной ячейки составляет не менее 3,6 мм от торцов фигурной ячейки или равна длине фигурной ячейки.
Способ изготовления дистанционирующей решетки включает изготовление отдельных фигурных ячеек 1 из исходных ячеек и соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям. В качестве исходных ячеек используют заготовки, у которых средний заданный размер наружной поверхности составляет (0,72÷0,998) от заданного размера D наружной поверхности фигурной ячейки. Осуществляют калибрование заготовок по наружной поверхности путем пластической деформации заготовок со стороны их внутренней поверхности. Калибрование производят с помощью штампа. Штамп включает корпус 4, подвижный пуансон 5 и неподвижный пуансон 6. Пуансоны 5 и 6 имеют конические участки 7, взаимодействующие с соосными фигурными калибрами 8. При перемещении пуансонов 5 и 6 навстречу друг другу, фигурные калибры 8 осуществляют пластическую деформацию заготовок 9 со стороны их внутренней поверхности и формируют монтажные площадки 3.
Деформация заготовок происходит до взаимодействия наружной поверхности заготовок с ограничивающей поверхностью матрицы 10, внутренняя поверхность которой имеет заданный размер. Матрица 10 и заготовка 9 расположены на основании 11, которое посредством упругих элементов 12 передает нагрузку на корпус 4. Обеспечение соосности матрицы 10, основания 11 и корпуса обеспечивается при помощи направляющих штырей 13. Для ограничения усилий деформации на подвижном пуансоне 5 выполнен упор 14. Заданный размер матрицы выбирают несколько больше чем заданный размер наружной поверхности фигурной ячейки, что компенсирует остаточную упругую деформацию заготовки после штамповки.
После соединения фигурных ячеек по сопрягаемым поверхностям по любой известной технологии производят калибровку фигурных ячеек в составе дистанционирующей решетки или термофиксацию дистанционирующей решетки.
Настоящее изобретение проиллюстрировано на примере дистанционирующей решетки для реактора ВВЭР-1000. Тем не менее, оно может быть реализовано для дистанционирующих решеток любой формы (шестигранной, квадратной, круглой и т.п.), сформированных из фигурных ячеек также любой формы.
1. Дистанционирующая решетка, содержащая фигурные ячейки, соединенные между собой по сопрягаемым поверхностям, отличающаяся тем, что на сопрягаемых поверхностях выполнены монтажные площадки для соединения фигурных ячеек, причем монтажные площадки выполнены калиброванием до заданного размера наружной поверхности каждой фигурной ячейки путем пластической деформации со стороны их внутренней поверхности, а длина монтажных площадок в направлении продольной оси фигурной ячейки составляет не менее 3,6 мм от торцов фигурной ячейки или равна длине фигурной ячейки.
2. Способ изготовления дистанционирующей решетки, включающий изготовление отдельных фигурных ячеек из исходных ячеек и соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям, отличающийся тем, что в качестве исходных ячеек используют заготовки, у которых средний заданный размер наружной поверхности составляет 0,72±0,998 заданного размера наружной поверхности фигурной ячейки, затем осуществляют калибрование заготовок по наружной поверхности путем пластической деформации заготовок со стороны их внутренней поверхности до взаимодействия наружной поверхности заготовок с ограничивающей поверхностью матрицы, внутренняя поверхность которой имеет заданный размер.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что после соединения фигурных ячеек по сопрягаемым поверхностям производят калибровку фигурных ячеек в составе дистанционирующей решетки или термофиксацию дистанционирующей решетки.
4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что соединение фигурных ячеек между собой по сопрягаемым поверхностям производят посредством контактной точечной сварки.
