Отбойная решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к устройствам ядерных реакторов, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), служащим для предотвращения выхода твэлов (тепловыделяющих элементов) за пределы активной зоны и выравнивания температуры теплоносителя на выходе из ТВС. Отбойная решетка ТВС выполнена в виде пластины с параллельными друг другу сквозными щелевыми пазами и со сквозным отверстием в центре, при этом с одной из сторон пластины на перемычках между пазами выполнены лопасти в виде пластин, наклонных к продольной оси ТВС. Изобретение направлено на повышение конструкционной прочности и жесткости решетки, улучшение перемешивания теплоносителя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), служащим для предотвращения выхода твэлов (тепловыделяющих элементов) или их фрагментов за пределы активной зоны, а также для выравнивания температуры теплоносителя на выходе из ТВС.

Из уровня техники известна отбойная решетка ТВС реактора ВВЭР-440 щелевого типа, например, 440.01.004-01, выполненная в виде шестигранной пластины толщиной 2 мм. Решетка имеет 21 паз для прохода теплоносителя (ширина паза 7 мм, перемычка между пазами 4, 5 мм) и отверстие под центральную трубу. Решетка устанавливается на нижнем торце корпуса головки и соединяется с ней посредством сварки по трем углам. Материал решетки - сортовой прокат из нержавеющей стали типа Х18Н10Т (А.Н.Брик, Д.А.Олексюк. Методика учета влияния неполного перемешивания теплоносителя на показания кассетных термопар реакторов ВВЭР-440. 16-й симпозиум AFR по физике и безопасности реакторов ВВЭР, Братислава, Словакия, 25-29 сентября, 2006 г.).

Недостатком известной решетки является неполное перемешивание теплоносителя на выходе из ТВС, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик реактора, а также небольшая конструкционная прочность и жесткость.

Задачей изобретения является повышение гидравлических и прочностных характеристик решетки.

Задача решается тем, что отбойная решетка ТВС, выполненная в виде пластины с параллельными друг другу сквозными щелевыми пазами и со сквозным отверстием в центре, при этом с одной из сторон пластины на перемычках между пазами выполнены лопасти.

Выполнение лопастей с одной из сторон пластины на перемычках между пазами обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении конструкционной прочности и жесткости решетки, в улучшении перемешивания теплоносителя, а следовательно, и в улучшении эксплутационных характеристик реактора.

В частных вариантах выполнения изобретения лопасти выполнены в виде плоских пластин, которые наклонены под углом к продольной оси ТВС, например под углом 15-20° в сторону выхода теплоносителя, что обеспечивает дополнительное улучшение перемешивания теплоносителя за счет закручивания его потока.

Пазы и перемычки с лопастями могут быть сгруппированы в по меньшей мере два ряда и расположены под углом друг к другу в плоскости решетки. В частности, при выполнении пластины в виде шестигранника пазы и перемычки с лопастями сгруппированы в три ряда и расположены под углом 120° друг к другу в плоскости решетки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена предложенная отбойная решетка, вид спереди.

На фиг.2 то же, вид сбоку.

Отбойная решетка состоит из пластины 1 в форме шестигранника с параллельными друг другу щелевыми пазами 2, с лопастями 3, выполненными в виде плоских пластин, расположенных с одной из сторон пластины 1 на перемычках 5 между пазами 2, и со сквозным отверстием 4 в центре, выполненным под центральную трубу ТВС. Пазы 2 и перемычки 5 между ними с лопастями 3 сгруппированы в три ряда и расположены под углом 120° друг к другу в плоскости решетки. Отбойную решетку изготавливают из стали Х18Н10Т.

Были проведены сравнительные испытания наиболее близкого аналога и предложенной решетки.

Для проведения сравнительных расчетов модели решеток нагружались равномерно распределенным давлением от скоростного напора теплоносителя, составляющим 4,87 кПа при максимальном расходе теплоносителя 130 м³/ч.

Оценка гидравлического сопротивления решеток показала, что дополнительное сопротивление предложенной решетки за счет закручивания теплоносителя на 15° при отношении длины к толщине пластинок 5:1 невелико и не превышает 15%.

Представленные в таблице 1 результаты расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) показали, что в известной решетке наибольшие прогибы имеют место в свободных углах решетки, наибольшие эквивалентные напряжения - вблизи контура сетки в углах приварки ее к головке. В центральной части наибольшие напряжения имеют место в районе пазов, идущих от углов приварки решетки к головке. В предложенной решетке наибольшие прогибы имеют место в центре, а наибольшие эквивалентные напряжения - вблизи контура сетки в углах приварки ее к головке.

Максимальные напряжения предложенной решетки значительно ниже известной, что свидетельствует о ее большей конструкционной прочности. Жесткость и динамические характеристики предложенной решетки также на порядок выше, чем у известной (см. табл.1, 2). Анализ показывает, что максимальные эквивалентные напряжения в заявляемой решетке значительно ниже допускаемых напряжений для любого состояния металла, в связи с чем можно уменьшить ширину перемычек между пазами, например, до 3-4 мм и увеличить за счет этого ширину паза, что компенсирует некоторое увеличение гидравлического сопротивления решетки за счет введения лопастей.

Для анализа динамических характеристик известной и предложенной решеток использовался метод ударного возбуждения, который позволяет одновременно получать частотные спектры внешнего воздействия (силы) и отклика (ускорения) точек изделия от приложенной силы.

Представленные в таблице 2 результаты динамических испытаний показали, что амплитудно-частотные характеристики ускоряемости у предложенной решетки более оптимальны, чем у известной.

Предлагаемая конструкция отбойной решетки при незначительном изменении гидравлического сопротивления обладает повышенной конструктивной прочностью и жесткостью, обеспечивает лучшее перемешивание теплоносителя, что приводит к улучшению характеристик реактора, например, ВВЭР-440.

Таблица 1 Результаты расчетов НДС
	Известная решетка	Заявляемая решетка
Эквивалентное напряжение, МПа	32,8	8,8
Прогиб, мм	0,051	0,002

Таблица 2 Результаты динамических испытаний для первой формы колебаний
	Известная решетка	Заявляемая решетка
Частота, Гц	1932	2475
Ускоряемость, (m/s2)/N	10800	9870
Модальная скорость затухания, %	0,123	0,109

1. Отбойная решетка тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора, выполненная в виде пластины с параллельными друг другу сквозными щелевыми пазами и со сквозным отверстием в центре, отличающаяся тем, что с одной из сторон пластины на перемычках между пазами выполнены лопасти, выполненные в виде плоских пластин, которые наклонены под углом к продольной оси ТВС.

2. Отбойная решетка по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона лопасти к продольной оси ТВС составляет 15-20°.

3. Отбойная решетка по п.1, отличающаяся тем, что пазы и перемычки с лопастями сгруппированы в по меньшей мере два ряда и расположены под углом друг к другу в плоскости решетки.

4. Отбойная решетка по п.3, отличающаяся тем, что пластина выполнена в виде шестигранника, а пазы и перемычки с лопастями сгруппированы в три ряда и расположены под углом 120° друг к другу в плоскости решетки.