Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (варианты)
Владельцы патента RU 2319233:
ФГУП Опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" (RU)
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU)
Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к элементам активной зоны ядерного реактора, преимущественно водо-водяного типа. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, соединяющие их направляющие каналы, пучок твэлов, собранный дистанционирующими решетками, и опорные элементы, размещенные в углах тепловыделяющей сборки. Опорные элементы выполнены соединяющими группы дистанционирующих решеток. В другом варианте изобретения каждая дистанционирующая решетка, кроме крайних верхней и нижней, выполнена соединенной тремя опорными элементами со смежной верхней дистанционирующей решеткой и тремя опорными элементами со смежной нижней дистанционирующей решеткой. Согласно изобретению опорные элементы тепловыделяющей сборки ядерного реактора могут быть выполнены соединяющими хвостовик с ближайшей дистанционирующей решеткой. Изобретение позволяет повысить надежность конструкции и безопасность ядерного реактора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно к элементам активной зоны ядерного реактора, преимущественно водо-водяного типа.
Предшествующий уровень техники
Известны тепловыделяющие сборки по патентам RU №2093906 и RU №2178923, содержащие гексагональный пучок элементов, размещенный в расположенных по высоте тепловыделяющей сборки дистанционирующих решетках, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами. Опорные элементы установлены по высоте от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки, выполнены в виде штампованных угловых пластин из циркониевого сплава и соединены сваркой с дистанционирующими решетками и винтами с хвостовой частью.
Недостатком известных тепловыделяющих сборок является наличие высоких нагрузок на угловые пластины от дистанционирующих решеток. В процессе работы реактора происходит удлинение тепловыделяющих элементов под радиационным и высокотемпературным воздействием. Тепловыделяющие элементы, удлиняясь, через дистанционирующие решетки воздействуют на угловые пластины, температура которых меньше. В процессе эксплуатации возможно разрушение угловых пластин, которое приведет к затруднению разборности активной зоны. Кроме этого изготовление длинных угловых тонкостенных пластин является трудоемким процессом.
Известна тепловыделяющая сборка по патенту RU №2252458, содержащая головную и хвостовую части, соединенные направляющими каналами, размещенными в ячейках дистанционирующих решеток. Направляющие каналы жестко соединены с дистанционирующими решетками.
Недостатком данного решения является то, что при тепловом и радиационном удлинении твэлов за счет их взаимодействия с ячейками, происходит депланация периферийной части дистанционирующих решеток. Это требует повышения жесткости дистанционирующих решеток за счет увеличения высоты и толщины стенки ячеек. Недостатком также является то, что при транспортно-технологических операциях за счет несовершенства формы тепловыделяющих сборок возможно появление повышенных усилий на ободы дистанционирующих решеток, что может привести повышенным усилиям установки/извлечения тепловыделяющих сборок.
Наиболее близким техническим решением из известных является тепловыделяющая сборка по патенту RU №2093906.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение надежности конструкции и безопасности ядерного реактора, а также повышение технологичности конструкции, заключающееся в замене длинных угловых элементов короткими при сохранении всех преимуществ прототипа и аналога.
Задачей изобретения является уменьшение нагрузок в элементах тепловыделяющей сборки при эксплуатации и при транспортно-технологических операциях.
Техническим результатом изобретения является повышение запасов прочности конструкции тепловыделяющей сборки при эксплуатации, транспортно-технологических операциях и повышение технологичности изготовления.
Достижение технического результата изобретения обеспечивается тем, что тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах ТВС. Новым является то, что опорные элементы (6) выполнены соединяющими группы дистанционирующих решеток (5).
По варианту достижение цели изобретения обеспечивается тем, что тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах ТВС. Новым является то, что каждая дистанционирующая решетка (5) (кроме крайних верхней и нижней) выполнена соединенной тремя опорными элементами (6) со смежной верхней дистанционирующей решеткой (5) и тремя опорными элементами (6) со смежной нижней дистанционирующей решеткой (5).
Опорные элементы (6) могут соединять хвостовик (2) с ближайшей дистанционирующей решеткой (5).
При таком устройстве тепловыделяющей сборки дистанционирующие решетки работают совместно, как фермовая конструкция. При этом исключается возможность депланации краев дистанционирующих решеток, а следовательно, и закусывания элементов тепловыделяющих в ячейках. Это также дает возможность уменьшить высоту и толщину стенки ячеек. За счет того, что при выполнении транспортно-технологических операций взаимодействие тепловыделяющих сборок друг с другом и с окружающим оборудованием происходит постоянно только по ободам (или опорным элементам, например в виде уголков), уменьшаются нагрузки на элементы каркаса тепловыделяющих сборок, улучшаются условия обращения с топливом.
Такое устройство тепловыделяющей сборки, учитывая улучшение условий выполнения транспортно-технологических операций, позволяет увеличить "размер под ключ" дистанционирующих решеток, тем самым увеличить поток теплоносителя в тепловыделяющей сборке и улучшить условия охлаждения.
Кроме этого, следует отметить, что при таком устройстве не требуется изготовление длинных угловых пластин, что повышает технологичность.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора с попарно соединенными ободами дистанционирующими решетками, обода между дистанционирующими решетками имеют окна;
фиг.2 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора, в которой каждая дистанционирующая решетка выполнена соединенной тремя опорными элементами со смежной верхней дистанционирующей решеткой и тремя опорными элементами со смежной нижней дистанционирующей решеткой;
фиг.3 - тепловыделяющая сборка ядерного реактора с попарно соединенными ободами дистанционирующими решетками, первая дистанционирующая решетка соединена ободом с хвостовой частью;
фиг.4 - схема взаимодействия тепловыделяющих сборок при транспортно-технологических операциях.
Варианты осуществления изобретения.
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах ТВС. Опорные элементы (6) выполнены соединяющими группы дистанционирующих решеток (5).
По варианту тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах ТВС. Каждая дистанционирующая решетка (5) (кроме крайних верхней и нижней) выполнена соединенной тремя опорными элементами (6) со смежной верхней дистанционирующей решеткой (5) и тремя опорными элементами (6) со смежной нижней дистанционирующей решеткой (5).
Опорные элементы (6) могут быть выполнены соединяющими хвостовик (2) с ближайшей дистанционирующей решеткой (5).
Работа тепловыделяющей сборки ядерного реактора осуществляется следующим образом.
При работе реактора тепловыделяющие сборки взаимодействуют с внутрикорпусными устройствами ядерного реактора и друг с другом. На тепловыделяющую сборку действуют гидродинамические усилия от потока теплоносителя, нагрузки от механического перемещения тепловыделяющих элементов относительно направляющих каналов и закрепленных на них дистанционирующих решеток, вызванного разностью тепловых и радиационных удлинений этих элементов. Так как дистанционирующие решетки по ободам связаны между собой и тем самым образуется каркас формовой конструкции, исключается депланация краев дистанционирующих решеток, уменьшаются термомеханические нагрузки на элементы конструкции тепловыделяющей сборки.
При выполнении транспортно-технологических операций тепловыделяющие сборки взаимодействуют друг с другом и с окружающим оборудованием только по ободам (или жестким угловым элементам). Таким образом, защищаются топливные элементы от нежелательных нагрузок от окружающего оборудования.
В результате исключаются высокие напряжения и возможность разрушения в элементах конструкции тепловыделяющей сборки и обеспечивается ее надежность и безопасность использования и технологичность изготовления.
1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах тепловыделяющей сборки, отличающаяся тем, что опорные элементы (6) выполнены соединяющими группы дистанционирующих решеток (5).
2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что опорные элементы (6) выполнены соединяющими хвостовик (2) с ближайшей дистанционирующей решеткой (5).
3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку (1), хвостовик (2), соединяющие их направляющие каналы (3), пучок твэлов (4), собранный дистанционирующими решетками (5), опорные элементы (6), размещенные в углах тепловыделяющей сборки, отличающаяся тем, что каждая дистанционирующая решетка (5), кроме крайних верхней и нижней, выполнена соединенной тремя опорными элементами (6) со смежной верхней дистанционирующей решеткой (5) и тремя опорными элементами (6) со смежной нижней дистанционирующей решеткой (5).
4. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.3, отличающаяся тем, что опорные элементы (6) выполнены соединяющими хвостовик (2) с ближайшей дистанционирующей решеткой (5).
