Рабочая кассета для атомного реактора аэс с улучшенными прочностными и физическими характеристиками



Рабочая кассета для атомного реактора аэс с улучшенными прочностными и физическими характеристиками
Рабочая кассета для атомного реактора аэс с улучшенными прочностными и физическими характеристиками

 


Владельцы патента RU 2407077:

Панюшкин Альберт Константинович (RU)

Изобретение относится к ядерным реакторам, в частности к блокам топливных элементов. Рабочая кассета ядерного реактора имеет продольную ось и шестигранное сечение, содержит головную часть и хвостовую часть, выполненную с возможностью подачи теплоносителя через нее внутрь корпуса кассеты. Гексагональный пучок тепловыделяющих элементов расположен параллельно продольной оси кассеты и удерживается с помощью дистанционирующих решеток. Верхняя опорная решетка установлена смежно с головной частью. Нижняя опорная решетка установлена смежно с хвостовой частью и выполнена с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов. При этом ориентация, по меньшей мере, части тепловыделяющих элементов пучка изменена на противоположную. Тепловыделяющие элементы, имеющие противоположную ориентацию, закреплены нижними концами в верхней опорной решетке, причем верхняя опорная решетка выполнена с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов таким же образом, что и нижняя опорная решетка.

Изобретение направлено на улучшение водоуранового отношения кассеты и повышение ее прочности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к ядерной технике и, более конкретно, к рабочей кассете с урановым топливом для атомного реактора.

В настоящее время широко используются атомные реакторы ВВЭР-440, В-1000 разной конструкции для атомных электростанций (АЭС) (использующих тепловыделяющие сборки В-1000 и В-1000А), в которых активная зона реакторов состоит из рабочих кассет (РК), неподвижно устанавливаемых в активной зоне, кассет аварийной защиты АРК (для реакторов В-440), стержней управления и защиты (для реакторов В-1000, В-1000А).

Рабочая кассета, как известно, например, из патента RU 2198439, представляет собой гексогональную тепловыделяющую сборку, которая состоит из пучка из 126 тепловыделяющих элементов (твэлов), размещенного в расположенных по длине сборки дистанционирующих решетках, головной части (головки) и имеющей опорную решетку хвостовой части (хвостовика), соединенных между собой кожуховой трубой или опорными элементами в виде угловых пластин, как в случае кассеты В-440, или, как в случае кассеты В-1000(А), состоит из гексогонального пучка из 312 твэлов, размещенного в расположенных по длине сборки дистанционирующих решетках, головной и хвостовой частей, установленных на противоположных концах направляющих каналов.

В случае рабочей кассеты В-1000А она состоит из гексогонального пучка твэлов, размещенного в расположенных по длине сборки дистанционирующих решетках, головной и хвостовой частей и направляющих каналов. Дистанционирующие решетки и хвостовая часть соединены между собой опорными элементами в виде угловых пластин.

В настоящее время в основном используются конструкции пучков твэлов, которые закреплены (в том числе и каждый твэл) в опорных решетках хвостовиков.

При работе реактора, например при выходе на заданный режим, остановке реактора, колебаниях мощности из-за разности температур элементов конструкции, имеют место перемещения твэлов относительно направляющих каналов, уголковых пластин, которые жестко связаны с дистанционирующими решетками.

Поскольку твэлы установлены в ячейках дистанционирующих решеток с натягом, т.е. наружный диаметр твэла несколько превышает внутренний диаметр ячейки решетки, то перемещение твэлов в ячейках дистанционирующих решеток, жестко связанных с уголками или направляющими каналами, происходит при определенном усилии и связано с деформацией дистанционирующих решеток (как правило прогибом), вначале с упругой, а затем и, возможно, с пластической. При этом при превышении критического значения перемещения твэлов может произойти разрушение дистанционирующих решеток.

Кроме того, при наличии жестких связей дистанционирующих решеток между собой посредством упомянутых пластин имеют место большие механические нагрузки на уголковые пластины, особенно в нижней части кассет, что также может привести к возникновению значительных напряжений и, как следствие, к их разрушению. Причем в случае резкого увеличения усилий перемещения твэла относительно дистанционирующей решетки также возможны большие напряжения на нижней опорной решетке.

Для снижения таких механических нагрузок при сохранении эффективности эксплуатации тепловыделяющей сборки возможно применение любой из следующих мер: уменьшение числа дистанционирующих решеток, устранение жесткой связи дистанционирующих решеток с пластинами или изменение ширины (толщины) пластин по длине сборки.

Меры, предотвращающие деформации дистанционирующих решеток и снижающие напряжения на уголковых пластинах и опорных решетках, связаны с повышением прочности дистанционирующих решеток, введением дополнительных пустотелых трубок для жесткого их соединения с дистанционирующими решетками, а значит, влекут за собой снижение экономической эффективности эксплуатации кассет, связанное с увеличением стоимости производства кассет.

Для увеличения эффективности эксплуатации тепловыделяющей сборки, среди прочих мер, можно увеличить длину активной зоны кассет, не ухудшая при этом надежности эксплуатации кассеты.

Одной из важных характеристик эффективности эксплуатации кассеты, в частности ее охлаждения, является ее водоурановое отношение, т.е. отношение площади воды в сечении кассеты к площади урана. Такое отношение рассчитывается как для отдельной кассеты, так и для всего реактора.

Таким образом, технической задачей настоящего изобретения стало создание такой конструкции кассеты для атомного реактора, которая в рабочих режимах обеспечила бы максимально возможное значение водоуранового отношения на определенной длине кассеты, а также предотвращение деформаций ее дистанционирующих решеток и снижение напряжений на уголковых пластинах и опорных решетках, тем самым обеспечив высокую надежность кассет при эксплуатации, одновременно обеспечив, по меньшей мере, сохранение экономической эффективности эксплуатации кассет.

Техническим результатом настоящего изобретения стало создание такой конструкции рабочих кассет атомных реакторов, которые позволяют повысить эффективность их эксплуатации с одновременным повышением эксплуатационной надежности кассет за счет увеличения длины активной зоны кассет и повышения их водоуранового отношения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочей кассете ядерного реактора, имеющей продольную ось и шестигранное сечение и содержащей головную часть и хвостовую часть, установленную на противоположном головной части конце кассеты и выполненную с возможностью подачи теплоносителя через нее внутрь корпуса кассеты, гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, расположенный параллельно продольной оси кассеты и удерживаемый с помощью расположенных по длине кассеты дистанционирующих решеток, верхнюю опорную решетку, установленную смежно с головной частью, и нижнюю опорную решетку, установленную смежно с хвостовой частью и выполненную с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов, согласно изобретению, по меньшей мере, часть тепловыделяющих элементов пучка установлена, т.е. закреплена или упирается нижними концами в верхней опорной решетке, при этом как верхняя, так и нижняя опорные решетки выполнены с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов.

Предпочтительно, половина тепловыделяющих элементов пучка установлена нижним концом в нижней опорной решетке, а половина - в верхней опорной решетке.

При этом в нижней опорной решетке места установки нижних концов тепловыделяющих элементов могут быть расположены рядами, параллельными сторонам шестигранника кассеты, и тепловыделяющие элементы могут быть закреплены в нижней опорной решетке и расположены чередующимися рядами.

Предпочтительно, верхняя опорная решетка кассеты выполнена с возможностью извлечения через нее всех тепловыделяющих элементов, включая элементы, закрепленные в нижней опорной решетке.

Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 и Фиг.2 - схематические изображения продольного сечения различных рабочих кассет ядерного реактора согласно изобретению.

На Фиг.1 и Фиг.2 как примеры представлены схематические изображения продольных сечений рабочих кассет, таких, например, как ВВЭР 440 и ВВЭР 1000(А) соответственно, ядерного реактора согласно изобретению.

Согласно одному варианту воплощения изобретения рабочая кассета ядерного реактора имеет шестигранное сечение и продольную ось. Кассета может иметь корпус 1, выполненный в форме шестигранной трубы, а может удерживаться уголками. Причем в одном конце кассеты размещается головная часть 2 кассеты. Такая головная часть 2 выполнена с возможностью упругого, например с помощью пружины, взаимодействия с верхней плитой реактора. На конце корпуса, противоположном головной части 2, установлена хвостовая часть 4, через которую теплоноситель может подаваться внутрь корпуса 1 кассеты. Соосно с корпусом установлен гексагональный пучок тепловыделяющих элементов 5, установленных соосно с корпусом 1 и удерживаемых в расположенных по длине корпуса дистанционирующих решетках 6. При этом смежно с головной частью 2 расположена верхняя опорная решетка 7, и смежно с хвостовой частью 4 расположена нижняя опорная решетка 8. Согласно настоящему изобретению ориентация, по меньшей мере, части тепловыделяющих элементов 5 пучка изменена на противоположную, и тепловыделяющие элементы 5, имеющие традиционную ориентацию, установлены своими нижними концами на нижней опорной решетке 8, а тепловыделяющие элементы 5, имеющие противоположную ориентацию, установлены своими «нижними» концами в верхней опорной решетке 7, причем как верхняя 7, так и нижняя 8 опорные решетки выполнены с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов 5. В контексте настоящей заявки под определением «установлены» следует понимать, что тепловыделяющие элементы могут быть как закреплены, так и свободно опираться на опорную решетку.

Согласно изобретению число тепловыделяющих элементов 5, имеющих противоположную ориентацию, не ограничено, однако предпочтительно половина тепловыделяющих элементов 5 пучка должна иметь противоположную ориентацию и быть закреплена нижним концом в нижней опорной решетке 8, а половина - в верхней опорной решетке 7, поскольку наибольший положительный эффект от указанного расположения тепловыделяющих элементов 5 наблюдается уже при незначительном числе перевернутых элементов 5 и достигает своего максимума при «переворачивании» по существу половины тепловыделяющих элементов 5 при их установке.

При этом поскольку, как правило, труба корпуса 1 имеет шестигранное сечение, то предпочтительна установка нижних концов тепловыделяющих элементов 5 в нижней опорной решетке рядами, параллельными сторонам сечения корпуса 1 (или уголков), как показано на Фиг.2, причем тепловыделяющие элементы 5 предпочтительно закреплены в нижней опорной решетке 8 чередующимися рядами, т.е. параллельными рядами через ряд.

В случае, когда кассета выполняется разборной для замещения отработавших тепловыделяющих элементов 5 новыми элементами, в кассете согласно изобретению предусматривается возможность извлечения всех тепловыделяющих элементов 5, независимо от способа их крепления, через верхнюю опорную решетку 7. Практическая реализация такой конструкции может быть любой известной в данной области техники, однако поскольку практическая реализация такой конструкции не является предметом настоящего изобретения, подробное ее описание опущено.

Изобретение работает следующим образом.

В кассете согласно изобретению части, а по существу половина тепловыделяющих элементов 5 установлена в нижней опорной решетке 8, а остальная часть, также по существу половина - в верхней опорной решетке 7. Таким образом, часть отверстий для нижних концов тепловыделяющих элементов 5 в нижней решетке 8 остается свободной, в рабочих режимах обеспечивает поступление большего объема охладителя, а следовательно, и максимально возможное значение водоуранового отношения кассеты. При этом благодаря снижению числа, по существу до половины, тепловыделяющих элементов, вызывающих деформацию дистанционирующих решеток кассеты, значительно снижается такая деформация и напряжения на уголковых пластинах и опорных решетках. В результате обеспечивается высокая надежность кассет при эксплуатации, с одновременным обеспечением, по меньшей мере, сохранения экономической эффективности эксплуатации кассет.

Настоящее изобретение было описано на примерах вариантов выполнения, показанных на чертежах. Однако изобретение может иметь многочисленные модификации и вариации в пределах, определяемых объемом формулы изобретения.

1. Рабочая кассета ядерного реактора, имеющая продольную ось и шестигранное сечение и содержащая головную часть и хвостовую часть, установленную на противоположном головной части конце кассеты и выполненную с возможностью подачи теплоносителя через нее внутрь корпуса кассеты, гексагональный пучок тепловыделяющих элементов, расположенный параллельно продольной оси кассеты и удерживаемый с помощью расположенных по длине кассеты дистанционирующих решеток, верхнюю опорную решетку, установленную смежно с головной частью, и нижнюю опорную решетку, установленную смежно с хвостовой частью и выполненную с возможностью закрепления нижних концов тепловыделяющих элементов, отличающаяся тем, что ориентация, по меньшей мере, части тепловыделяющих элементов пучка изменена на противоположную, и тепловыделяющие элементы, имеющие противоположную ориентацию, установлены нижними концами на верхней опорной решетке, при этом как верхняя, так и нижняя опорные решетки выполнены с возможностью установки нижних концов тепловыделяющих элементов.

2. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что половина тепловыделяющих элементов пучка имеет противоположную ориентацию и установлена нижним концом в нижней опорной решетке, а половина - в верхней опорной решетке.

3. Кассета по п.2, отличающаяся тем, что в нижней опорной решетке места установки нижних концов тепловыделяющих элементов расположены рядами, параллельными сторонам шестигранника кассеты, и тепловыделяющие элементы установлены в нижней опорной решетке чередующимися рядами.

4. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что верхняя ее опорная решетка выполнена с возможностью извлечения через нее всех тепловыделяющих элементов, включая элементы, установленные в нижней опорной решетке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерного реактора с треугольной упаковкой тепловыделяющих элементов (твэлов).

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям смешивающих и антивибрационных решеток. .

Изобретение относится к атомной технике, в частности, к конструкциям дистанционирующих и перемешивающих решеток тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах для нагрева воды, например в ядерных энергетических установках. .

Изобретение относится к ядерной технике и может найти применение на АЭС и на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок для энергетических ядерных реакторов на тепловых, а также на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в конструкциях тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, особенно в реакторах PWR и BWR. .

Изобретение относится к атомной энергетике, к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением. .

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

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), и используется в реакторах ВВЭР-440, ВВЭР-1000

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением

Изобретение относится к конструкции и монтажу тепловыделяющей сборки 10 для ядерного реактора на быстрых нейтронах (РРБН) и в частности для РРБН, использующего в качестве теплоносителя жидкий металл, например натрий

Изобретение относится к области ядерной техники

Изобретение относится к конструкциям ядерных реакторов и системам их управления и защиты

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к конструкции сборок (ТВС) тепловыделяющих элементов (твэлов), в частности для высокоэнергонапряженных активных зон исследовательских реакторов, и может быть использовано как в водоводяных реакторах, так и в парогенерирующих установках с ядерным топливом. В тепловыделяющей сборке слоями уложены тороидальные твэлы, расположенные в слоях таким образом, чтобы они вписывались в шестигранник поперечного сечения сборки. При этом вертикальные оси симметрии тороидальных твэлов предыдущего и последующих слоев смещены относительно осей симметрии тороидальных твэлов среднего слоя. Каждый тороидальный твэл имеет пазы на верхней и нижней поверхностях в местах пересечения проекций твэлов предыдущего и последующего слоев, и в столбе тороидальных твэлов пазы на верхней поверхности тороидального твэла совмещаются с пазами на нижней поверхности тороидального твэла последующего слоя, образуя жесткое соединение слоев. Высота тороидального твэла в сборке уменьшается снизу вверх пропорционально скорости движения теплоносителя. Технический результат заключается в улучшении теплоотдачи твэлов за счет турбулизации потока теплоносителя и выравнивании поля температур в поперечном сечении ТВС за счет поперечного перемешивания теплоносителя, исключении режимов пленочного кипения. 3 з.п.флы, 5 ил.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов. В изобретении используются гидравлические усилия, действующие на ячейки дистанционирующих решеток со стороны потока теплоносителя, для дополнительного поджатия пуклевок ячеек к твэльным оболочкам. Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки содержит фигурные ячейки, на которых пуклевки выполнены таким образом, что внешняя поверхность ячеек в районе пуклевок направлена навстречу потоку теплоносителя. Пуклевки располагают в нижней части ячеек, перемещая область контакта ячеек с твэльными оболочками ближе к торцам ячеек и снижая тем самым радиальную жесткость ячеек. Заходную поверхность пуклевок выполняют в виде загиба торца ячейки. Технический результат - поджатие пуклевок к твэльным оболочкам набегающим потоком теплоносителя в процессе эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерного реактора, преимущественно на быстрых нейтронах. Корпус тепловыделяющей сборки с продольной осью (X) содержит первый (4) и второй (6) трубчатые сегменты, выполненные из металлического материала и образующие продольные концы корпуса сборки. Рама (8), выполненная из металлического материала, соединяет первый (4) и второй (6) сегменты, причем рама (8) является ажурной. Между первым (4) и вторым (6) сегментами внутри рамы (6) размещена керамическая трубчатая внутренняя конструкция (10). Технический результат - устойчивость тепловыделяющей сборки как в штатном режиме работы реактора, так и в аварийном. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам деления. Вентилируемый тепловыделяющий модуль ядерного реактора деления содержит тепловыделяющий элемент ядерного деления, соединенный с ним корпус клапана для помещения газообразных продуктов деления, клапан, предназначенный для управляемой вентиляции газообразных продуктов деления из объема корпуса, и керамическую трубную решетку для отвода тепла. Технический результат - повышение надежности тепловыделяющего модуля, увеличение кампании реактора. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 205 ил.
Наверх