Структура пластинчатой решетки для тепловыделяющей сборки

Изобретение относится к области ядерной техники и предназначено для использования в конструкциях дистанционирующих и перемешивающих решеток тепловыделяющих сборок (ТВС) энергетических ядерных реакторов. Структура решетки для ТВС состоит из ячеек, предназначенных для размещения твэлов, их связующих каналов и расположенных над ними по ходу потока теплоносителя локальных завихрителей. Ячейки шестиугольного сечения и связующие каналы треугольного сечения образованы при пересечении под углом 120° друг к другу трех групп полос, снабженных прорезями в местах пересечения. На кромках полос расположены отогнутые у их основания в сторону каналов смесительные лопатки, при этом в сторону каждого канала отогнуты по одной лопатке с каждой стороны до опорного контакта друг с другом всех трех лопаток с образованием локального завихрителя. Технический результат изобретения: повышение эксплутационной надежности ТВС с треугольной схемой расположения твэлов за счет получения гарантированного повышения величины критической мощности путем образования с помощью надежных локальных завихрителей устойчивых вращательных течений теплоносителя между тремя твэлами. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной техники, а именно к дистанционирующим и перемешивающим устройствам для тепловыделяющей сборки (ТВС) с треугольной схемой расположения стержней - тепловыделяющих элементов (твэлов), и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР.

Известна конструкция двухъярусной смесительной решетки, где непосредственно смесительная решетка пристыковывается в виде верхнего яруса к штатной дистанционирующей решетке, содержащей набор отдельных трубчатых ячеек для размещения твэлов с треугольной схемой их расположения в ТВС (см. заявку Германии №10122489, кл. G21C 3/322, опубл. 28.11.2002 г.). Верхний ярус с ячейками шестиугольной формы образован из пересекающихся полос, которые снабжены направляющими (отклоняющими) лопатками, отогнутыми внутрь ячеек. С помощью совокупности близко расположенных таких трех лопаток образованы локальные трехлопастные завихрители, предназначенные для закрутки теплоносителя между соседними тремя твэлами. Это способствует его перемешиванию и соответственно выравниванию теплосодержаний и температур теплоносителя в проходном сечении ТВС.

Недостатком такой конструкции решетки является недостаточная эксплутационная надежность ТВС. Это обусловлено возможностью изменения заданной геометрии дефлектора при механических и гидравлических на него воздействиях из за отсутствия жесткой фиксации заданной величины угла отгиба лопаток. Отклонение от этой величины приведет к снижению эффективности воздействия лопаток на поток теплоносителя, а следовательно, к преждевременному возникновению кризиса теплоотдачи и уменьшению запаса по величине критической мощности.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой структуре решетки является структура дистанционирующей решетки для ТВС с треугольной схемой расположения стержней (см. заявку Великобритании 2277191 А, кл. G21C 3/352, опубл. 19.10.94 г.). Техническое решение по указанной заявке выбираем за прототип.

Указанная структура решетки образована с помощью трех групп взаимно пересекающихся под углом 120° друг к другу, параллельных между собой в каждой группе полос, снабженных прорезями в местах пересечения, центрирующими упорами, расположенными между соседними прорезями, образующих при пересечении ячейки шестиугольной формы для размещения твэлов и каналы треугольной формы для прохождения теплоносителя. На верхних кромках одной группы полос размещены смесительные лопатки четырехугольной формы, которые отогнуты у их основания в сторону каналов треугольной формы. С помощью воздействия лопаток на поток теплоносителя осуществляется его перемешивание и соответственно выравнивание теплосодержаний и температур теплоносителя в проходном сечении ТВС.

Недостатком такой конструкции решетки-прототипа является недостаточная эксплутационная надежность ТВС. Во-первых, она обусловлена возможностью изменения заданной величины угла отгиба лопаток при механических и гидравлических на нее воздействиях из-за отсутствия жесткой фиксации лопатки. Отклонение от этой величины приведет к снижению эффективности воздействия лопаток на поток теплоносителя. Во-вторых, она обусловлена формированием лопаток только на одной группе полос с противоположной ориентацией лопаток между собой. Под действием этих лопаток в пределах проходного сечения двух треугольных каналов образуются встречные короткодействующие поперечные течения, которые вызывают уменьшение не только интенсивности перемешивания, но и осаждения жидкости на поверхность твэлов при наличии двухфазного потока теплоносителя. Это приводит к преждевременному возникновению кризиса теплоотдачи и уменьшению запаса по величине критической мощности.

Технической задачей является создание структуры решетки, позволяющей повысить эксплутационную надежность ТВС за счет получения гарантированного повышения величины критической мощности путем образования с помощью локальных завихрителей устойчивых вращательных течений теплоносителя между тремя твэлами, которые вызывают эффективное перемешивание теплоносителя между ячейками и способствуют наибольшему осаждению жидкости на поверхность твэлов при возникновении парожидкостной смеси в проходном сечении ТВС.

Поставленная задача решается за счет того, что в структуре решетки для ТВС с треугольной схемой расположения твэлов, содержащей три группы взаимно пересекающихся под углом 120° друг к другу и параллельных между собой в каждой группе полос, снабженных прорезями в местах пересечения и центрирующими упорами, расположенными между прорезями, и образующих при пересечении ячейки шестиугольного поперечного сечения для размещения твэлов и каналы треугольного поперечного сечения, и смесительными лопатками, расположенными на кромках полос и отогнутыми у их основания в сторону каналов, при этом лопатки размещены на полосах всех трех групп таким образом, что в сторону каждого канала отогнуты по одной лопатке с каждой стороны до опорного контакта друг с другом всех трех лопаток с образованием локального завихрителя.

Кроме того, смесительные лопатки могут быть соединены друг с другом в местах опорного контакта, например, пайкой.

Кроме того, верхняя часть каждой смесительной лопатки может имеет отгиб, контактирующий с поверхностью неотогнутой части соседней лопатки соответствующего локального завихрителя.

Указанная совокупность признаков позволяет создать надежные в работе локальные завихрители и получить с их помощью при наличии потока теплоносителя его устойчивые вращательные течения между тремя твэлами. Такие течения вызывают не только эффективное перемешивание теплоносителя между ячейками, но и способствуют наибольшему осаждению жидкости на поверхность твэлов при возникновении парожидкостной смеси в проходном сечении ТВС по сравнению с прототипом, а следовательно, получить гарантированное повышение величины критической мощности.

Таким образом, предложенное техническое решение, по сравнению с ближайшим аналогом, повышает эксплуатационную надежность ТВС вследствие получения гарантированного повышения величины критической мощности путем образования с помощью надежных локальных завихрителей устойчивых вращательных течений теплоносителя между тремя твэлами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен вид сверху структуры решетки (пентрующие упоры не показаны);

на фиг.2 изображено два варианта полос с разными вариантами расположения смесительных лопаток;

на фиг.3 изображен вид в изометрии структуры решетки с локальными завихрителями, каждый из которых представляет совокупность трех лопаток;

на фиг.4 показан принцип работы данной структуры решетки из полос, представленных на фиг.2а;

на фиг.5 изображен вариант полосы с другой формой смесительных лопаток;

на фиг.6 изображен вид в изометрии локального завихрителя из полос, представленных на фиг.5.

Структура решетки для тепловыделяющей сборки с треугольной схемой расположения твэлов состоит из ячеек 1 шестиугольного сечения, предназначенных для размещения твэлов 2, каналов 3 треугольного сечения и расположенных над ними по ходу потока теплоносителя локальных завихрителей 4. Ячейки 1 и каналы 3 образованы при пересечении под углом 120° друг к другу трех групп параллельных между собой полос 5, 6 и 7. Полное или частичное совмещение этих полос обеспечено прорезями 8. Локальные завихрители 4 представляют собой совокупность трех смесительных лопаток 9 четырехугольной формы, которые размещены на верхних кромках полос 5, 6 и 7 и отогнуты у их основания в сторону каналов 3 до выполнения возможности опорного примыкания их верхних частей между собой.

В данном случае два соседних канала 3 имеют одинаковое поперечное сечение в форме равностороннего треугольника, а лопатки 9 могут иметь четырехугольную форму, как показано на фиг.2, - форму, близкую к форме параллелограмма. Для осуществления прохода теплоносителя между отогнутыми лопатками 9 длина основания лопатки 9 должна быть меньше длины стороны равностороннего треугольника. В другом варианте верхняя часть лопатки 9 может быть выполнена в иной форме по сравнению с показанной на фиг.2 ее нижней частью, например, иметь с одной стороны расширение трапецеидальной формы и боковой сгиб на этом расширенном участке (фиг.5). В этом случае при наличии бокового сгиба в верхней части лопаток 9 в сторону каналов 3 можно произвести опорное примыкание образованного отгиба верхней части одной лопатки 9 с неотогнутой верхней частью соседней лопатки 9 (фиг.6). Это позволяет увеличить площадь опорного примыкания между верхними частями двух соседних лопаток 9 и выполнить соединение между ними, например, при помощи сварки.

Чтобы задать при наличии расхода теплоносителя его струям различные направления закрутки на выходе из двух соседних каналов 3, расположение лопаток 9 на верхней кромке полос 5, 6 и 7 должно соответствовать первому варианту, показанному на фиг.2а. В случае использования второго варианта расположения лопаток 9 направление закрутки в каналах 3 будет одинаковым.

Все элементы структуры решетки могут быть изготовлены из металлического полосового материала и скреплены в местах плотного примыкания при помощи сварки.

Структура решетки используется в работе следующим образом.

Решетка, конструкция которой основана на предложенной структуре (фиг.1), устанавливается в ТВС перпендикулярно ее продольной оси и закрепляется на продольных силовых элементах ТВС, например на направляющих каналах. При этом в местах прохождения данных элементов через решетку ячейки могут отсутствовать. Твэлы 2 проходят внутри ячеек 1. В активной зоне ядерного реактора ТВС омывается теплоносителем, с помощью которого производится охлаждение поверхности твэлов 2. Струя теплоносителя, входящая в проходное сечение канала 3, далее на его выходе под воздействием надежного локального завихрителя приобретает устойчивое вращательное течение в течение всего времени работы ТВС. Например, на фиг.4 линиями тока 10 показаны вращательные течения, образующиеся на выходе из структуры решетки, образованной тремя группами полос, показанными на фиг.2а.

В результате образования таких течений создается эффективное устойчивое перемешивание теплоносителя и в случае образования двухфазного потока происходит интенсивное осаждение жидкости на поверхность твэлов. Это приводит к гарантированному повышению запаса по величине критической мощности по сравнению с прототипом, а следовательно, и эксплутационной надежности ТВС.

На основе предложенной структуры решетки можно создавать как дистанционирущие перемешивающие решетки, так и только перемешивающие решетки, которые в отличие от первых не содержат центрирующих упоров для фиксации твэлов. Причем такие перемешивающие решетки могут не содержать предохранительных упоров, предназначенных для устранения возможности случайного контакта оболочки твэла со смесительными лопатками.

1. Структура решетки тепловыделяющей сборки с треугольной упаковкой твэлов, содержащая три группы взаимно пересекающихся и параллельных между собой в каждой группе полос, снабженных прорезями в местах пересечения и центрирующими упорами, расположенными между прорезями, и образующих при пересечении ячейки шестиугольного поперечного сечения для размещения твэлов и каналы треугольного поперечного сечения, и смесительными лопатками, расположенными на кромках полос и отогнутыми у их основания в сторону каналов, отличающаяся тем, что лопатки размещены на полосах всех трех групп таким образом, что в сторону каждого канала отогнуты по одной лопатке с каждой стороны до опорного контакта друг с другом всех трех лопаток с образованием локального завихрителя.

2. Структура решетки по п.1, отличающаяся тем, что смесительные лопатки соединены друг с другом в местах опорного контакта, например, пайкой.

3. Структура решетки по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть каждой смесительной лопатки имеет отгиб, контактирующий с поверхностью неотогнутой части соседней лопатки соответствующего локального завихрителя.