Тепловыделяющая сборка ядерного реактора



Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

 


Владельцы патента RU 2473989:

Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР и РБМК. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок твэлов, закрепленных в концевой несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе. Несущая решетка выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, отверстиями для прохода теплоносителя, и установлена на хвостовике ТВС. Отверстия для прохода теплоносителя в решетке образованы пересечением первых перемычек, перпендикулярных граням пластины или ее наружному контуру, вторых перемычек, перпендикулярных первым, и третьих перемычек, ограничивающих круглые отверстия, при этом шаг первых перемычек равен (0,2…0,3)s, шаг вторых перемычек равен не более 0,8 s, где s - шаг отверстий для установки твэлов. Отверстия для прохода теплоносителя предпочтительно имеют ширину 2,0…2,5 мм и расположены симметрично относительно центральной оси решетки через 60°. Техническим результатом изобретения является совмещение функций несущей решетки и антидебризного фильтра с обеспечением требуемого для несущей решетки проливного сечения и прочности, а также улучшение ремонтопригодности ТВС. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.).

Из уровня техники известна ТВС ядерного реактора ВВЭР-440, несущая решетка (HP) которой, например, 445.20.030-04, шестиугольной формы, имеет 126 круглых отверстий для установки твэлов, центральное отверстие для установки центральной трубы, 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя (см. фиг.1). Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенным отверстием шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5+0.1, причем по контуру каждой грани шестигранной HP расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.31-35). Несущая решетка рабочей кассеты РК-3 ВВЭР-440 имеет дополнительно круглые отверстия для установки несущих труб (НТ).

Аналогичную конструкцию имеет несущая решетка ТВС ВВЭР-1000, которая дополнительно имеет круглые отверстия для установки направляющих каналов (НК).

Функционально HP является несущим силовым элементом, удерживающим пучок твэлов в стационарном режиме и при транспортно-технологических операциях (ТТО), а в ТВС ВВЭР-1000 она также обеспечивает загрузку-выгрузку ТВС с помощью НК.

Наряду с недостатком, связанным с существенной анизотропией конструкции, недостатком известной HP являются также большие размеры проливных отверстий. В ТВС ВВЭР они способны пропускать в пучок твэлов цилиндрические дебриз-предметы диаметром до 5,9 мм и плоские шириной до 13 мм при толщине до 5 мм.

В связи с накоплением по мере эксплуатации АЭС в теплоносителе посторонних дебриз-предметов и преждевременным повреждением по этой причине оболочек твэлов возникла необходимость в оснащении ТВС антидебризными фильтрами (АДФ) 8, устанавливаемыми в хвостовики 4 ТВС. Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, рис.П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с.317-319), рабочая кассета (РК) которой состоит из пучка твэлов 1, закрепленных в концевой несущей решетке 7 и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР) 2, закрепленными на центральной трубе. В ТВСА ВВЭР-1000 ДР крепятся также к уголкам 3, прикрепленным винтами 6 к хвостовику 4. Во всех конструкциях ТВС имеется головка 5 для обеспечения загрузки-выгрузки ТВС. В хвостовике 4 установлен антидебризный фильтр 8 (см. фиг.2). В настоящее время РК ТВС ВВЭР-440, ВВЭР-1000 оснащены АДФ.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является тепловыделяющая сборка ядерного реактора (ТВСА ВВЭР-1000), содержащая пучок твэлов 1 и НК, закрепленных в концевой несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР), закрепленными на центральной трубе и уголках, а также АДФ (см. фиг.3), установленный в хвостовике и представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину с вытянутыми четырехгранными отверстиями, шириной 2 мм (RU 2264666, опуб. 20.11.2005).

Недостатками данных ТВС являются: малая, порядка 0,6 мм, толщина перемычек между отверстиями АДФ (толщина пластины - 8 мм), низкая технологичность АДФ, высокое гидравлическое сопротивление, неспособность удерживать пучок твэлов и НК в условиях эксплуатации и при техническом обслуживании.

АДФ является довольно сложной конструкцией, имеет большую трудоемкость изготовления вследствие большого объема мехобработки, при этом он ухудшает гидравлическую характеристику ТВС. Например, для ТВС ВВЭР-1000 установка АДФ приводит к увеличению коэффициента гидравлического сопротивления на ~ 2,5%, что приводит к существенному увеличению температуры теплоносителя на выходе из ТВС и не позволяет работать на 100% мощности реактора. Данный эффект был обнаружен на Хмельницкой АЭС при эксплуатации ТВСА с АДФ.

Важным свойством современных конструкций ТВС как ВВЭР-440, так и ВВЭР-1000 является ремонтопригодность - возможность замены отказавшего твэла на новый или имитатор-вытеснитель. В связи с большим количеством твэлов в ТВС: 126 в ТВС ВВЭР-440 и 312 в ТВС ВВЭР-1000 - это дает существенный экономический эффект.

Предполагалось, что такая операция может быть выполнена путем вытаскивания отказавшего твэла за верхнюю заглушку. Однако исследования, проведенные в НИИАР, показали, что вероятность извлечения отказавшего твэла таким способом составляет ~50%, т.к. дефекты оболочки отказавшего твэла могут привести к его разрушению при попытке извлечения, что из-за радиационной опасности недопустимо на АЭС.

Чтобы повысить вероятность извлечения отказавшего твэла, было предложено перед вытаскиванием страгивать твэл путем механического воздействия на нижнюю заглушку твэла, однако наличие АДФ ограничивает доступ снизу к заглушкам твэлов и тем самым исключает возможность ремонта ТВС.

В предложенном изобретении предлагается объединить функции HP и АДФ в одном конструктивном элементе - несущей решетке-фильтре (НРФ) и установить ее вместо HP, что улучшает гидравлическую характеристику и увеличивает ремонтопригодность ТВС по сравнению с ТВС, снабженной отдельным АДФ. В конечном счете это приводит к увеличению энергоресурса ТВС. В ТВС АРК ВВЭР-440, управляющей реакцией деления ядер, дополнительный АДФ установить практически невозможно из-за конструктивных особенностей, однако использование НРФ не представляет затруднений.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции НРФ, заменяющей АДФ и HP одновременно, имеющей проливное сечение и прочность не хуже HP, что в конечном счете приводит к снижению гидравлического сопротивления, и повышению энергоресурса ТВС.

Техническим результатом изобретения является совмещения функций HP и АДФ с обеспечением требуемого для HP проливного сечения и прочности, а также улучшению ремонтопригодности ТВС.

Данный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок твэлов, закрепленных в концевой несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе, при этом несущая решетка выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, отверстиями для прохода теплоносителя, согласно изобретению несущая решетка установлена в хвостовике ТВС, а отверстия для прохода теплоносителя в ней образованы пересечением первых перемычек, перпендикулярных граням пластины или ее наружному контуру, вторых перемычек, перпендикулярных первым, и третьих перемычек, ограничивающих круглые отверстия, при этом шаг первых перемычек равен (0,2…0,3)s, шаг вторых перемычек равен не более 0,8 s, где s - шаг отверстий для установки твэлов.

При этом отверстия для прохода теплоносителя предпочтительно имеют ширину 2,0…2,5 мм и расположены симметрично относительно центральной оси решетки через 60°.

В предлагаемой ТВС НРФ имеет высокую степень симметрии и оптимальное расположение перемычек, что обеспечивает ей достаточную прочность при сохранении проливного сечения HP. Кроме того, НРФ предпочтительно выполнена с использованием высокопроизводительной технологи гидроабразивной резки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена штатная конструкция HP для РК ВВЭР-440 2 поколения.

На фиг.2 изображена известная штатная ТВСА ядерного реактора ВВЭР-1000.

На фиг.3 изображен штатный АДФ по наиболее близкому аналогу.

На фиг.4 изображена предлагаемая конструкция НРФ для РК ВВЭР-440 2 поколения.

На фиг.5 изображена предлагаемая конструкция НРФ для ТВС ВВЭР-1000.

Предлагаемая тепловыделяющая сборка ядерного реактора, как и аналоги, содержит пучок твэлов, закрепленных в концевой несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе.

Несущая решетка-фильтр для предлагаемой ТВС ядерного реактора представляет собой многоугольную (фиг.4, 5) перфорированную пластину с круглыми отверстиями 9, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы и отверстиями 10 для прохода теплоносителя.

Отверстия 10 для прохода теплоносителя имеют преимущественно форму вытянутых прямоугольных пазов и образованы пересечением первых перемычек 11, перпендикулярных граням пластины или ее наружному контуру, вторых перемычек 12, перпендикулярных первым, и третьих перемычек 13, ограничивающих круглые отверстия. Шаг первых перемычек равен (0,2…0,3)s, шаг вторых перемычек равен не более 0,8 s, где s - шаг отверстий для установки твэлов.

Перемычки между пазами имеют толщину 0,7…1,0 мм, а пазы имеют ширину 2,0…2,5 мм. Отверстия для установки твэлов имеют диаметр 5 мм как в штатной HP.

Результаты расчетов НРФ для РК ВВЭР-440 2 поколения в ПК ANSYS в условиях эксплуатации показывают достаточную прочность НРФ при штатной толщине плиты 16 мм. Максимальные напряжения в условиях ТТО составляют 73,9 МПа при допускаемых напряжениях 127,3 МПа.

Расчеты показывают, что предлагаемая НРФ для ТВС ВВЭР-1000 также имеет более высокую прочность, чем штатная HP TBCA при той же толщине плиты.

Проливное сечение предлагаемых НРФ не менее чем у штатных HP.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок твэлов, закрепленных в концевой несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе, при этом несущая решетка выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, отверстиями для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что несущая решетка установлена на хвостовике ТВС, а отверстия для прохода теплоносителя в ней образованы пересечением первых перемычек, перпендикулярных граням пластины или ее наружному контуру, вторых перемычек, перпендикулярных первым, и третьих перемычек, ограничивающих круглые отверстия, при этом шаг первых перемычек равен (0,2…0,3)s, шаг вторых перемычек равен не более 0,8 s, где s - шаг отверстий для установки твэлов.

2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для прохода теплоносителя имеют ширину 2,0…2,5 мм и расположены симметрично относительно центральной оси решетки через 60°.

3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что несущая решетка выполнена с использованием гидроабразивной резки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющих сборок), используемых преимущественно для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). .

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов. .

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов. .

Изобретение относится к блокам реакторных топливных элементов, в частности к конструкциям рабочих кассет реакторов типа ВВЭР-440. .

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. .

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), обеспечивающим бесперебойную работу канальных ядерных реакторов большой мощности (РБМК), в частности к антидебризным фильтрам ТВС.

Изобретение относится к области ядерной технологии изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерного реактора, преимущественно, водо-водяного энергетического реактора типа ВВЭР-1000.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции тепловыделяющих элементов ядерного энергетического реактора. .

Изобретение относится к получению радиоактивных изотопов в ядерных реакторах

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, антивибрационную решетку и хвостовик. Хвостовик состоит из соединенных между собой стакана и опорной плиты. Антивибрационная решетка состоит из поля соединенных между собой ячеек, в упругих элементах которых закреплены твэлы. Согласно изобретению антивибрационная решетка установлена над хвостовиком и закреплена как минимум на трех направляющих каналах посредством упорных втулок, установленных попарно над и под полем ячеек антивибрационной решетки в местах проходки направляющих каналов и соединенных с направляющими каналами посредством сварки или пайки. Техническое решение - снижение гидравлическое сопротивление хвостовика, повышение скорости теплоносителя, омывающего пучок твэл, эффективности охлаждения твэл и ресурсных характеристик ТВС. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к атомной технике. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, пучок цилиндрических тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, и центрирующие элементы, выполненные в ячейках дистационирующих решеток. По меньшей мере, часть центрирующих элементов, контактирующих с дистанционирующей решеткой, выполнена на оболочках тепловыделяющих элементов в местах расположения дистанционирующих решеток. В частном случае исполнения тепловыделяющей сборки, по меньшей мере, на части внешней поверхности оболочек тепловыделяющих элементов выполнены пристенные интенсификаторы теплообмена, высота выступа которых над поверхностью оболочек меньше высоты выступа центрирующих элементов. Технический результат состоит в повышении ресурса и тепловой эффективности тепловыделяющей сборки ядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов типа ВВЭР, в которых твэлы не закрепляются в несущих решетках, а опираются на них. Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки выполнена в виде перфорированной пластины 1, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями 2 и 3, предназначенными для установки направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, с пазами 4 для прохода теплоносителя и с опорными площадками 8 для контакта с наконечниками тепловыделяющих элементов (твэлов). Пазы 4 для прохода теплоносителя расположены в каждом треугольном секторе пластины 1 рядами, параллельными соответствующей этому сектору стороне шестиугольника, и образованы пересечением перемычек 5, перпендикулярных соответствующим сторонам шестиугольника, перемычек 6, параллельных этим сторонам, а в местах расположения круглых отверстий 2 и 3 - и перемычек 7, ограничивающих круглые отверстия 2 и 3. Каждая опорная площадка 8 расположена в месте общей короткой стенки соответствующих двух смежных пазов 4 и имеет ширину, равную суммарной ширине паза 4 и двух перемычек 5. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления решетки путем увеличения проливного сечения за счет оптимизации формы пазов для прохода теплоносителя и опорных площадок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. ТВС содержит дистанцирующую решетку с ободами. На каждой из решеток, на верхней кромке каждой грани обода, а также под уголками посредине между периферийными твэлами выполнены отклоняющие элементы в виде пластин, отогнутых от обода под углом 5…20° и выступающих в пространство между периферийными твэлами, а нижняя кромка обода имеет загиб на величину не более толщины стенки ячейки ДР. Технический результат - повышение эффективности выравнивания температур по поперечному сечению ТВС, повышение теплотехнической надежности решетки, а также придание ей дополнительной жесткости. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) и тепловыделяющих сборок (ТВС) для реакторов с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем (ТЖМТ), а также при изготовлении имитаторов твэлов для использования в облучательных устройствах, предназначенных для исследования работоспособности реальных твэлов. Оболочка твэла для реакторов с ТЖМТ представляет собой цельнокатаный трубчатый элемент со спирально закрученными ребрами, расположенными на наружной поверхности упомянутого элемента, выполненный из хромокремнистой стали ферритно-мартенситного класса с величиной зерна феррита не менее номера 7 по ГОСТ 5639. При этом каждое ребро имеет угол раскрытия от 22 до 40° (преимущественно, от 30 до 40°), а форма поперечного сечения ребра представляет в сечении трапецию со скругленными углами при вершине трапеции и со сглаженными углами в основании трапеции. Также раскрывается твэл, включающий данную оболочку и ТВС. Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик тепловыделяющих элементов и сборок за счет обеспечения длительной стойкости оболочки в среде ТЖМТ, такого как свинец или эвтектический сплав свинца и висмута. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. ТВС содержит твэлы, расположенные в дистанционирующих решетках (ДР) пластинчатого типа по треугольной сетке, и несущую решетку - фильтр с пазами для протока теплоносителя, установленную в хвостовике ТВС. Пазы для протока теплоносителя ориентированы своей более широкой стороной навстречу потоку теплоносителя. На верхних кромках пластин ДР в верхней части ТВС выполнены отклоняющие или закручивающие теплоноситель пластины, расположенные локально в местах расположения наиболее теплонапряженных твэлов и выходящие за верхнюю плоскость ДР в межтвэльное пространство. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления ТВС вследствие снижения гидравлического сопротивления несущей решетки-фильтра при сохранении ее фильтрующих свойств за счет выполнения пазов для прохода теплоносителя расширяющимися навстречу потоку теплоносителя, придание ДР свойств перемешивающей решетки (ПР) и исключение ПР, увеличивающей гидравлическое сопротивление ТВС в гораздо большей степени, чем перемешивающие элементы на ДР. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к тепловыделяющей сборке (ТВС) с концентричными кольцевыми тепловыделяющими элементами (твэлами). В известном устройстве крепления концентричных кольцевых твэлов в ТВС, содержащем кольцевые твэлы и дистанционирующий элемент между ними, концентричные кольцевые твэлы снабжены наружными ребрами. Дистанционирующий элемент выполнен в виде дистанционирующей решетки, состоящей из опорных кольцевых оснований в количестве, равном числу кольцевых твэлов, соединенных радиальными перегородками. При этом на одном из торцов дистанционирующей решетки, на каждом основании в направлении твэлов установлены минимум по три пальца. В пальцах внешнего основания предусмотрены кольцевые проточки для дополнительного крепления твэл с помощью зачеканки ребра твэла в проточку. Кольцевые твэлы установлены между пальцами по прессовой посадке. Технический результат - упрощение конструкции устройства крепления кольцевых твэл. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Тепловыделяющая сборка содержит хвостовик, головку, очехловывающую трубу и твэлы, в которой упомянутые хвостовик, головка, очехловывающая труба выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, и исключающих плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе. Объем хвостовика за исключением центрального канала прокачки теплоносителя заполнен материалом, имеющим плотность, большую чем у теплоносителя, например вольфрамом, платиной, ураном. В качестве топлива в твэлах возможно использование, например, карбидов и нитридов урана. Технический результат - исключение всплытия тепловыделяющей сборки в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерных реакторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх