Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС.ТВС содержит тепловыделяющие элементы (твэлы), головку и хвостовик, закрепленные на силовом каркасе, включающем дистанционирующие решетки с ободами. На каждой грани ободов по меньшей мере части дистанционирующих решеток выполнены отклоняющие элементы, выступающие в пространство между твэлами. Отклоняющие элементы имеют продолговатую форму с продольной образующей поверхности, обращенной внутрь обода. Продольные образующие параллельны друг другу и плоскости грани обода и наклонены под одинаковым углом к продольной оси ТВС. В ободах с отклоняющими элементами выполнены пазы, ориентированные вдоль продольной оси ТВС и расположенные в несколько рядов по высоте. Периферийные твэлы частично углублены в указанные пазы. При этом количество рядов пазов по высоте определяется углом наклона отклоняющих элементов и высотой обода дистанционирующей решетки. Кроме того, отклоняющие элементы могут быть выполнены в виде гофр обода, направленных выпуклостью внутрь обода, или в виде пластин, направленных ребром внутрь обода, или в виде иных выступающих внутрь обода продолговатых отклоняющих элементов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

В конструкциях ТВС ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (см. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, с.317-318) [1] основными конструктивными узлами являются пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) с центральной трубой, головка, хвостовик и соединяющий их силовой каркас. Твэлы закреплены в верхней, дистанционирующих и нижней опорной решетках.

Известны отбойные сетки ТВС ядерного реактора, которые служат для улучшения перемешивания теплоносителя на выходе из головки, где измеряется средняя температура теплоносителя, необходимая для регулирования мощности реактора. В этом случае она может иметь дополнительные перемешивающие пластины (RU 2364962 С1, опуб. 20.08.2009), что позволяет увеличить мощность и энерговыработку ТВС.

В настоящее время фактором, ограничивающим увеличение мощности ТВС, является неравномерность температуры теплоносителя по сечению ТВС, причем, как показывают расчеты, наибольшая температура теплоносителя имеет место в районе 2-3-го рядов твэлов от периферии пучка в верхней части ТВС.

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы (твэлы), головку и хвостовик, закрепленные на силовом каркасе, включающем дистанционирующие решетки с ободами, при этом на каждой грани ободов имеются отбойники в виде лепестков для направления относительно холодного теплоносителя с периферии к центру ТВС для дополнительного охлаждения внутренних твэлов. Отбойники отогнуты от граней ободов по линиям, перпендикулярным оси ТВС, под углом 15-30° к оси ТВС (RU 2163036 С2, опуб. 10.02.2001).

Указанное расположение отбойников, направляющее холодный теплоноситель от периферии к центру ТВС, не обеспечивает эффективное выравнивание температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС, поскольку, как уже указывалось выше, наибольшая температура теплоносителя имеет место в районе 2-3-го рядов твэлов от периферии пучка в верхней части ТВС, и при прохождении холодного теплоносителя к центру температура этих рядов твэлов не снижается достаточно для ее выравнивания по сечению ТВС.

Задачей изобретения является обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС.

Технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора (ТВС), содержащей тепловыделяющие элементы (твэлы), головку и хвостовик, закрепленные на силовом каркасе, включающем дистанционирующие решетки с ободами, при этом на каждой грани ободов по меньшей мере части дистанционирующих решеток выполнены отклоняющие элементы, выступающие внутрь ободов, согласно изобретению отклоняющие элементы имеют каждый продолговатую форму с продольной образующей поверхности, обращенной внутрь обода, при этом продольные образующие параллельны друг другу и плоскости грани обода и наклонены под одинаковым углом к продольной оси ТВС, а в ободах с отклоняющими элементами выполнены пазы, ориентированные вдоль продольной оси ТВС и расположенные в несколько рядов по высоте, а периферийные твэлы частично углублены в указанные пазы.

При этом количество рядов пазов по высоте определяется углом наклона отклоняющих элементов и высотой обода дистанционирующей решетки.

Кроме того, отклоняющие элементы могут быть выполнены в виде гофр обода, направленных выпуклостью в пространство между твэлами, или в виде пластин, направленных ребром в пространство между твэлами, или в виде иных выступающих в межтвэльное пространство продолговатых элементов.

На фиг.1 показан общий вид предложенной ТВС.

На фиг.2 показан вид фрагмента обода дистанционирующей решетки и периферийных твэлов, вид в аксонометрии.

На фиг.3 показано то же, вид сверху.

На фиг.4 показано то же, фронтальный вид.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) 1, головку 2, хвостовик 3 и соединяющий их силовой каркас (см. фиг.1).

Пучок твэлов 1 состоит из твэлов 1, закрепленных в верхней решетке 4, дистанционирующих решетках (ДР) 5 и нижней опорной решетке (HP) 6, и центральной трубы (ЦТ) 7.

Силовой каркас состоит из уголков 8 и направляющих каналов (НК) 9 либо несущих труб (НТ). Функции силового каркаса может выполнять чехол. НК и НТ закрепляются в HP 6, приваренной к хвостовику 3. НК могут также быть приварены также к ДР 5. Уголки 8 прикреплены к ДР 5, хвостовику 3 (винтами 10) и могут крепиться также к головке 2.

Для выравнивания температуры теплоносителя по сечению ТВС на ободах 11 по крайней мере нескольких верхних ДР 5 выполнены несколько рядов отклоняющих элементов - гофров 12 или иных выступающих отклоняющих элементов с прямолинейной продольной образующей поверхности, обращенной внутрь обода, например, в виде пластин, направленных выпуклостью (ребром) внутрь обода, в межтвэльное пространство, при этом продольные образующие параллельны плоскостям соответствующих граней ободов и наклонены под одинаковым углом 10-30° к продольной оси тепловыделяющей сборки. Выполненные таким образом отклоняющие элементы направляют поток теплоносителя не от периферии к центру, как в ближайшем аналоге, а в плоскости грани шестигранного обода 11. На фиг.2-4 показан пример выполнения отклоняющих элементов в виде гофров 12.

Угол наклона гофров 12 (продольных образующих их внутренней поверхности) определяется теплогидравлическими характеристиками ТВС и должен обеспечивать наиболее эффективное перемешивание теплоносителя.

Однако эти гофры 12, выступающие во внутреннее пространство пучка, мешают установке в ТВС периферийных твэлов 1. Поэтому для обеспечения возможности сборки пучка и удлинения твэлов 1 при эксплуатации, а также ремонта ТВС предлагается напротив периферийных твэлов 1 выполнить в ободах 11 в местах расположения гофров 12 пазы 13, расположенные в несколько рядов по высоте обода 11 параллельно продольной оси ТВС (см. фиг.2-4) таким образом, что периферийные твэлы 1 углублены в эти пазы 13. Количество рядов пазов 13 определяется углом наклона гофров 12 и высотой обода 11 ДР.

Использование предлагаемой конструкции обода 11 интенсифицирует теплообмен в районе наиболее теплонапряженных твэлов, находящихся в зоне 2-3 ряда от периферии пучка, что приводит к снижению неравномерности температуры теплоносителя по сечению пучка твэлов, повышению мощности и энерговыработки ТВС.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (ТВС), содержащая тепловыделяющие элементы (твэлы), головку и хвостовик, закрепленные на силовом каркасе, включающем дистанционирующие решетки с ободами, при этом на каждой грани ободов по меньшей мере части дистанционирующих решеток выполнены отклоняющие элементы, выступающие внутрь ободов, отличающаяся тем, что отклоняющие элементы имеют каждый продолговатую форму с продольной образующей поверхности, обращенной внутрь обода, при этом продольные образующие параллельны друг другу и плоскости грани обода и наклонены под одинаковым углом к продольной оси ТВС, а в ободах с отклоняющими элементами выполнены пазы, ориентированные вдоль продольной оси ТВС и расположенные в несколько рядов по высоте, а периферийные твэлы частично углублены в указанные пазы.

2. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что количество рядов пазов по высоте определяется углом наклона отклоняющих элементов и высотой обода дистанционирующей решетки.

3. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что отклоняющие элементы выполнены в виде гофр обода, направленных выпуклостью внутрь обода.

4. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что отклоняющие элементы выполнены в виде пластин, направленных ребром внутрь обода.