Дистанционирующая решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора
Владельцы патента RU 2399968:
Открытое акционерное общество "Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И.И. Африкантова" (ОАО "ОКБМ Африкантов") (RU)
Российская Федерация в лице Госкорпорации "Росатом" (RU)
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерного реактора с треугольной упаковкой тепловыделяющих элементов (твэлов). В дистанционирующей решетке группы пластин расположены в три яруса, а в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда. При этом пластины второго яруса с обеих сторон снабжены прорезями, в которых размещены пластины соответствующих ярусов, а высота пластин второго яруса и глубина прорези выбраны из условия: h2=2n+Δ; h1=h3, n≤h1 где: n - глубина прорези; h1 - высота пластины первого яруса; h2 - высота пластины второго яруса; h3 - высота пластины третьего яруса; Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего ярусов. Кроме того, пластинами при пересечении образованы ячейки в виде неправильного шестигранника, в углах опоясывающей рамки на уровне пластин второго яруса выполнены выпуклости, направленные внутрь рамки, а в центре решетки установлена дополнительная шестигранная обечайка, образующая полость, стороны которой расположены напротив вершин опоясывающей рамки. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности тепловыделяющей сборки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть применено в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора с треугольной упаковкой тепловыделяющих элементов (твэлов).
Известно большое многообразие дистанционирующих решеток для ТВС ядерных реакторов, содержащих группы полос, образующих при пересечении ряды ячеек для размещения твэлов: квадратные, треугольные, шестигранные.
Известна дистанционирующая решетка с ячейками квадратной формы, которые сформированы двумя рядами взаимно пересекающихся перпендикулярных друг другу пластин, расположенных на одном уровне. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы (см., например, патент FR №2646548, приоритет от 28.04.1989, МПК G21C 3/356).
Известна дистанционирующая решетка с ячейками треугольной формы, которые сформированы тремя группами взаимно пересекающихся пластин, расположенных на одном уровне под углом друг другу. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы - четыре жестких упора (см., например, патент FR №2588410, опубл. 10.04.1987, МПК G21C 3/32).
Известна дистанционирующая решетка с ячейками шестиугольной формы, которые сформированы тремя группами взаимно пересекающихся пластин, расположенных на одном уровне под углом 120° друг другу. Пластины снабжены прорезями в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы (см., например, патент GB №2277191, опубл. МПК G21C 3/352).
Недостатками таких конструкций решетки является трудоемкость и сложность изготовления. Одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления сборки и снижает ее эксплуатационную надежность.
Известна дистанционирующая решетка с ячейками шестиугольной формы, которые сформированы тремя группами пластин, расположенных в пространстве в виде трех не пересекающихся рядов. Пластины закреплены на рамке, которая снабжена упругими элементами, выполненными заодно с ней (см., например, патент RU №2120671, опубл. 20.10.1998, МПК G21C 3/32).
Недостатком данной дистанционирующей решетки является ее применимость только для пучков с гексогональным расположением твэлов, в которых шаг их расположения при приемлемой толщине дистанциониующих пластин (~0,3÷0,4 мм) обеспечивает касание пластин двух соседних параллельных рядов. Кроме того, значительная площадь контакта пластин с оболочкой по периметру ухудшает условия теплосъема с твэла.
Техническое решение по патенту №2120671 выбираем за прототип по наибольшему числу общих признаков и достигаемому результату.
Технической задачей изобретения является создание конструкции дистанционирующей решетки, имеющей меньшую величину контакта пластин решетки с поверхностью твэлов и более равномерное распределение теплоносителя по проходному сечению тепловыделяющей сборки, повышение надежности фиксации твэлов.
Решение поставленной задачи позволяет повысить эксплуатационную надежность тепловыделяющей сборки.
Поставленная задача решается за счет того, что в дистанционирующей решетке, включающей опоясывающую рамку, на которой закреплены в три яруса группы параллельных между собой и расположенных в пространстве между рядами твэл пластин, пластины в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда, причем пластины второго яруса с обеих сторон снабжены прорезями, в которых размещены пластины соответствующих ярусов, а высота пластин второго яруса и глубина прорези выбраны из условия:
h2=2n+Δ; h1=h3, n≤h1,
где n - глубина прорези;
h1 - высота пластины первого яруса;
h2 - высота пластины второго яруса;
h3 - высота пластины третьего яруса;
Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего ярусов.
Кроме того, пластинами при пересечении образованы ячейки в виде неправильного шестигранника, а в углах опоясывающей рамки на уровне пластин второго яруса выполнены выпуклости, направленные внутрь рамки.
Пластины предыдущего яруса смещены относительно пластин последующего яруса на угол, равный 60°, а в центре решетки установлена дополнительная обечайка, образующая полость и имеющая форму шестигранника, стороны которого расположены напротив вершин опоясывающей рамки.
Конструкция дистанционирующей решетки, в которой пластины в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда, позволяет обеспечить дистанционирование твэлов в пучках с гексогональным расположением с шагом, значительно превышающим диаметр твэла, уменьшить площадь контакта твэлов с пластинами и более равномерно организовать распределение потока теплоносителя по сечению сборки.
Расположение пластин ярусами, но с возможностью пересечения пластин и перемещения пластин в прорезях, позволяет обеспечить жесткость решетки, надежность фиксации твэлов и компенсацию температурных расширений.
Дистанционирующая решетка данного исполнения позволяет минимизировать площадь контакта твэла с дистанционирующей решеткой и увеличить проходное сечение в районе дистанционирующей решетки.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где
на фиг 1 показано сечение дистанционирующей решетки,
на фиг.2 показан общий вид дистанционирующей решетки.
Дистанционирующая решетка состоит из выполненной в виде шестигранника опоясывающей рамки 1, на которой закреплены три группы пластин 2, 3, 4, расположенные в три яруса. Пластины 2, 3, 4 размещены в пространстве между рядами твэл 5 параллельно друг другу в пределах группы. Каждая пластина группы установлена с возможностью контакта с твэлами 5 только одного ряда. Пластины 2 смещены относительно пластин 3, а пластины 3 смещены относительно пластин 4 на угол, равный 60°. На пластинах 3 с обеих сторон выполнены прорези 6 (не показаны), в которых расположены пластины 2 и 4 смежных ярусов. При пересечении пластин 2, 3, 4 образованы ячейки, имеющие форму неправильного шестигранника. Высота h2 пластин 3 выбрана из условия, что h2=2n+Δ; а высота h1 пластин 2 равна высоте h3 пластин 4. При этом глубина n прорези 6 выбрана из условия, что n≤h1;
Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего ярусов.
В углах опоясывающей рамки 1 на уровне пластин 3 выполнены выпуклости 7, направленные внутрь рамки, что позволит обеспечить температурный режим в угловых ячейках (угловые твэлы) в процессе эксплуатации примерно таким же, как и в других ячейках ТВС.
В центре опоясывающей рамки 1 установлена дополнительная обечайка 8, образующая полость 9 и имеющая форму шестигранника, стороны которого расположены напротив вершин опоясывающей рамки 1. В полости 9 установлен центральный шестигранный вытеснитель для размещения регулирующих стержней 10, а разворот обечайки 8 относительно опоясывающей рамки 1 обеспечивает минимизацию числа замененных твэлов регулирующими стержнями при прочих равных условиях.
Для закрепления пластин 2, 3 и 4 на опоясывающей рамке 1 и обечайке 8 выполнены отверстия 11 и 12, расположенные в три яруса.
Пластины своими концами установлены в отверстия 11 и 12, отогнуты до соприкосновения с рамкой 1 и обечайкой 8 и приварены к ним для исключения выпадения.
При помощи дистанционирующей решетки производится установка твэлов 5 в ТВС с заданным шагом. Твэлы 5 устанавливаются в ячейки, имеющие форму неправильного шестигранника, так чтобы касание было возможно только с тремя гранями, то есть твэл надежно фиксирован на своем месте с возможностью осевого перемещения и изменения диаметра при выгорании топлива.
1. Дистанционирующая решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающая опоясывающую рамку, на которой закреплены в три яруса группы параллельных между собой и расположенных в пространстве между рядами твэлов пластин, отличающаяся тем, что пластины в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда, причем пластины второго яруса с обеих сторон снабжены прорезями, в которых размещены пластины соответствующих ярусов, а высота пластин второго яруса и глубина прорези выбраны из условия
h2=2n+Δ; h1=h3, n≤h1,
где n - глубина прорези;
h1 - высота пластины первого яруса;
h2 - высота пластины второго яруса;
h3 - высота пластины третьего яруса;
Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего яруса.
2. Дистанционирующая решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластинами при пересечении образованы ячейки в виде неправильного шестигранника.
3. Дистанционирующая решетка по п.1, отличающаяся тем, что в углах опоясывающей рамки на уровне пластин второго яруса выполнены выпуклости, направленные внутрь рамки.
4. Дистанционирующая решетка по п.1, отличающаяся тем, что пластины предыдущего яруса смещены относительно пластин последующего яруса на угол 60°.
5. Дистанционирующая решетка по п.1, отличающаяся тем, что в центре решетки установлена дополнительная обечайка, образующая полость.
6. Дистанционирующая решетка по п.5, отличающаяся тем, что обечайка выполнена шестигранной, а стороны расположены напротив вершин опоясывающей рамки.
