Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами

Изобретение относится к области ядерной техники. Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами 1 содержит коллектор 2 подвода и коллектор 3 отвода теплоносителя, силовую штангу 4 для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки, каналы 5 для регулирующих стержней, хвостовик 6 и головку 7, теплоотводящие и фиксирующие пластины 8, закрепленные в верхней и нижней частях коллекторами 2 и 3 для подвода и отвода теплоносителя. Теплоотводящие и фиксирующие пластины 8 имеют сферические лунки 9 на обеих сторонах пластин, а также сквозные отверстия 10. Кривизна поверхности сферических лунок соответствует кривизне шаровых твэлов, в оппозитных сферических лунках 9 на смежных теплоотводящих и фиксирующих пластинах закреплены шаровые твэлы 1. Снизу через коллектор 2 подачи теплоносителя в сборку под давлением подается теплоноситель, поток которого распределяется коллектором 3 по зазорам между фиксирующими и теплоотводящими пластинами 8. Вода, обтекая шаровые твэлы 1, нагревается. Технический результат - улучшение теплоотдачи твэлов, повышение механической жесткости сборки, обеспечение фиксации твэлов в сборке, исключающее их взаимное истирание и, как следствие, загрязнение теплоносителя. 4 ил.

 

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах с водяным или газовым теплоносителем.

Известны тепловыделяющие сборки (ТВС) с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛами) в виде сфер с одинаковым диаметром миллиметрового диапазона - микротвэлы (Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н., Активные зоны для ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004; Филиппов Г.А., Богоявленский Р.Г., Авдеев А.А. Перспективы создания микротвэльных ядерных реаторов с перегревом пара. Тяжелое Машиностроение, ISSN 0131-1336, 2002 г., №1, стр.7; Патент RU 2179752 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, МПК G21C 3/30 3/332, оп. 20/02/2002, Бюл. №5).

Недостатком известных конструкций является большое гидродинамическое сопротивление потоку жидкого теплоносителя. Кроме того, при прохождении теплоносителя через засыпку микротвэлов возможно механическое перемещение микротвэлов относительно друг друга, приводящее к поверхностному истиранию микротвэлов и загрязнению теплоносителя.

Наиболее близкой по технической сущности является тепловыделяющая сборка (Патент RU 2355053, МПК G21C 3/38, Тепловыделяющая сборка, оп. 10.05.2009, Бюл. №13), содержащая микротвэльные элементы, размещенные в стальном перфорированном чехле, коллекторы подвода и отвода теплоносителя, силовую штангу, размещенную по оси симметрии сборки, каналы для регулирующих стержней, хвостовик и головку.

Недостатком известной тепловыделяющей сборки является большое гидродинамическое сопротивление потоку жидкого теплоносителя и значительное аэродинамическое сопротивление при фазовом переходе теплоносителя, возникающие при свободной засыпке твэлов внутрь стального перфорированного чехла. Каналы между контактирующими между собой шаровыми твэлами не дают возможности равномерной теплоотдачи с поверхности твэла, а форма этих каналов не позволяет турбулизировать поток теплоносителя, что в результате приводит к снижению теплоотдачи. Свободная засыпка шаровых твэлов внутрь чехла сборки не позволяет обеспечить высокую жесткость всей конструкции. Кроме того, при прохождении теплоносителя через засыпку твэлов и возникновении паровых пузырей с возрастающим давлением возможно механическое перемещение твэлов относительно друг друга, приводящее к поверхностному истиранию твэлов и загрязнению теплоносителя.

Технической задачей изобретения является улучшение теплоотдачи твэлов, повышение механической жесткости сборки и обеспечение фиксации твэлов в сборке, исключающее их взаимное истирание и, как следствие, загрязнение теплоносителя.

Поставленная задача решается тем, что в известную пакетную тепловыделяющую сборку, содержащую шаровые твэлы, коллекторы подвода и отвода теплоносителя, силовую штангу для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки, каналы для регулирующих стержней, хвостовик и головку, введены теплоотводящие и фиксирующие пластины, закрепленные в верхней и нижней частях коллекторами для подвода и отбора теплоносителя, теплоотводящие и фиксирующие пластины имеют сквозные отверстия и сферические лунки на обеих сторонах пластин, в оппозитных сферических лунках на смежных теплоотводящих и фиксирующих пластинах закреплены шаровые твэлы с переменным шагом как по высоте, так и по ширине теплоотводящих и фиксирующих пластин.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пакетной тепловыделяющей сборки с шаровыми твэлами; на фиг.2 изображен поперечный разрез тепловыделяющей сборки; на фиг.3 изображен фрагмент сборки, содержащий смежные фиксирующие и теплоотводящие пластины и шаровые твэлы, закрепленные в сферических лунках в смежных фиксирующих и теплоотводящих пластинах; на фиг.4 изображена фиксирующая и теплоотводящая пластина со сквозными отверстиями и переменным шагом размещения шаровых твэлов по ширине и высоте пластины.

Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами 1 содержит, коллектор 2 подвода и коллектор 3 отвода теплоносителя, силовую штангу 4 для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки, каналы 5 для регулирующих стержней, хвостовик 6 и головку 7, теплоотводящие и фиксирующие пластины 8, закрепленные в верхней и нижней частях коллекторами 2 и 3 для подвода и отвода теплоносителя, теплоотводящие и фиксирующие пластины 8 имеют сферические лунки 9 на обеих сторонах пластин, а также сквозные отверстия 10, кривизна поверхности сферических лунок соответствует кривизне шаровых твэлов, в оппозитных сферических лунках 9 на смежных теплоотводящих и фиксирующих пластинах закреплены шаровые твэлы 1.

Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами работает следующим образом.

Снизу через коллектор 2 подачи теплоносителя в сборку под давлением подается теплоноситель, например вода, поток которой распределяется коллектором 3 по зазорам между фиксирующими и теплоотводящими пластинами 8. Поскольку в зазорах находятся шаровые твэлы 1, закрепленные сферическими лунками 9 в смежных фиксирующих и теплоотводящих пластинах 8, вода, обтекая шаровые твэлы 1, нагревается. При этом теплосъем происходит не только с поверхности шарового твэла 1, но и с прилегающих к твэлу поверхностей фиксирующих и теплоотводящих пластин 8, выполняющих функцию радиаторов. В потоке воды, обтекающей шаровой твэл 1 и проходящей локальные сужения, образованные сферическими лунками 9 (Фиг.3), возникают турбулентные вихри, эффективно перемешивающие поток в поперечном направлении. Последовательное повышение температуры воды и перемешивание потока приводят к тому, что на определенной высоте сборки достигается температура насыщения и формируется двухфазное состояние теплоносителя. Вода в мелкокапельном состоянии за счет кинетической энергии движения по извилистым каналам, образованными шаровыми твэлами, ударяется о поверхность твэла 1 и растекается по ней, переходя в режим пленочного кипения, а отсепарированный пар продолжает движение вдоль сборки с повышением температуры. В коллекторе 3 собирается перегретый пар, поступающий из зазоров между фиксирующими и теплоотводящими пластинами. Поскольку при движении теплоносителя вдоль сборки его плотность, теплоемкость и скорость движения изменяются в несколько раз, для выполнения условий равномерной энергоотдачи по высоте сборки, шаг размещения шаровых твэлов делается неравномерным как по высоте, так и по ширине фиксирующих и теплоотводящих пластин. В частном случае при нулевом приращении шага образуется регулярная сетка, в узлах которой размещаются шаровые твэлы. Для выравнивания возможного неравномерного нагрева теплоносителя в зазорах фиксирующих и теплоотводящих пластин 8 в них выполнены сквозные отверстия 10 для поперечного перемешивания теплоносителя.

Таким образом, за счет фиксированного размещения шаровых твэлов между фиксирующими и теплоотводящими пластинами, собранными в пакет, имеющий в поперечном сечении форму правильного шестиугольника или квадрата, улучшается теплоотдача шаровых твэлов, так как она осуществляется не только с поверхности твэла, но и с поверхности теплоотводящих пластин. Кроме того, интенсивность теплообмена повышается за счет турбулизации потока теплоносителя, обтекающего шаровые твэлы и локальные сужения с тыльной стороны сферических лунок. Эти факторы позволяют, с одной стороны, повысить энергонапряженность процессов в сборке, а с другой стороны, повысить степень выгорания топлива в шаровых твэлах.

Пакетная конструкция сборки обеспечивает механическую жесткость сборки в направлении плоскости пластин, а фиксация шаровых твэлов в сферических лунках между пластинами образует многослойную сотовую структуру, обеспечивая жесткость сборки в перпендикулярном направлении.

Поскольку положение шаровых твэлов фиксировано, исключен их взаимный контакт и истирание покрытий, поэтому в процессе работы сборки не происходит загрязнение теплоносителя.

Использование изобретения обеспечивает повышение интенсивности теплообмена, повышение жесткости сборки и уменьшение загрязнения теплоносителя обуславливают повышение надежности сборки и безопасности энергоустановки в целом.

Пакетная тепловыделяющая сборка с шаровыми твэлами, содержащая коллекторы подвода и отвода теплоносителя, силовую штангу для установки и извлечения тепловыделяющей сборки из корпуса реактора, размещенную по оси симметрии сборки, каналы для регулирующих стержней, хвостовик и головку, отличающаяся тем, что в нее введены теплоотводящие и фиксирующие пластины, закрепленные в верхней и нижней частях коллекторами для подвода и отбора теплоносителя, теплоотводящие и фиксирующие пластины выполнены со сквозными отверстиями и сферическими лунками на обеих сторонах пластин, в оппозитных сферических лунках на смежных теплоотводящих и фиксирующих пластинах закреплены шаровые твэлы с одинаковым или переменным шагом как по высоте, так и по ширине теплоотводящих и фиксирующих пластин.



 

Похожие патенты:

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 тепловыделяющим сборкам 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 ядерным реакторам, в частности к блокам топливных элементов. .

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 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.

Активная зона реактора, твэл и тепловыделяющая сборка для ее реализации предназначены для использования в реакторах на быстрых нейтронах с нитридным топливом и жидкометаллическим теплоносителем, преимущественно в виде расплавленного свинца и его сплавов. Активная зона содержит две части - центральную и периферийную. Зоны сформированы сборками, содержащими твэлы с геометрически одинаковыми оболочками, но с различной высотой топливного столба в твэлах центральной и периферийной частей. Радиальное распределение топлива по объему активной зоны характеризуется в продольном сечении U-образной формой. Диаметр центральной части активной зоны при массовой доле топлива εm>0,305 составляет от 0,4 до 0,5 эффективного диаметра активной зоны, а высота топливного столба в твэлах ТВС центральной части составляет от 0,5 до 0,8 от высоты топливного столба в твэлах, размещенных в ТВС периферийной части активной зоны. Технический результат - простота конструкции активной зоны с отрицательным пустотным эффектом реактивности. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР (PWR) и кипящих реакторах типа ВК (BWR). Предложена конструктивная схема ТВС со стержневыми твэлами, расположенными наклонно к вертикальной оси и образующими конусные и щелевые коллекторы для организации поперечного течения теплоносителя. Кипение теплоносителя в ТВС с поперечным течением имеет место преимущественно в центре и поэтому оказывает эффективное воздействие на реактивность, что позволяет реализовать спектральное регулирование запаса реактивности. Технический результат - возможность работы без выгорающего теплоносителя в период между перегрузками топлива. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

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 элементов и расположенных над ними по ходу потока теплоносителя локальных двухлопаточных дефлекторов. Ячейки и связующие элементы образованы пересечением трех групп параллельных между собой полос. Локальные дефлекторы представляют собой совокупность двух смесительных лопаток трапецеидальной формы, которые размещены на верхних кромках полос и отогнуты у их основания в сторону связующих элементов. Технический результат - повышение величины критической мощности путем образования совокупности поперечных течений вдоль рядов твэлов и круговых вихрей теплоносителя между тремя соседними твэлами. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх