Способ формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента

Изобретение относится к ядерной энергетике, к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов, и может найти применение в исследовательских реакторах небольшой мощности. Способ формирования топливного сердечника стержневого ТВЭЛа заключается в автоматическом определении плотности каждой таблетки с присвоением ей номера и формировании автоматизированной базы данных. На ее основе таблетки подбирают группами таким образом, чтобы каждая группа таблеток имела минимальное отклонение от среднего значения плотности всей партии таблеток для одного тепловыделяющего элемента. После чего осуществляют укладку подобранных групп таблеток по длине сердечника, при этом группы с общей большей плотностью располагают ближе к концевым частям тепловыделяющего элемента, а с меньшей плотностью - в его средней части. Технический результат - обеспечение равномерности распределения температурного поля за счет равномерного распределения плотности по длине сердечников ТВЭЛов. Благодаря предложенному способу формирования сердечников ТВЭЛов отклонение плотности столба таблеток от среднего значения не превышает 1,5-2%. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к ядерной энергетике, к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов, и может найти применение в исследовательских реакторах небольшой мощности.

Известен способ снаряжения таблетками оболочек стержневых тепловыделяющих элементов, согласно которому формирование столба топливных таблеток осуществляют в виде неполного столба, набор топливных таблеток в ячейки барабана осуществляют из очередной партии таблеток с помощью вакуума, автоматически измеряют длину каждой таблетки с присвоением ей номера, формируют в электронно-вычислительной машине банк данных по длине каждой таблетки, а после измерения длины неполного столба топливных таблеток в оболочке с помощью ЭВМ осуществляют номерное формирование недостающей части до заданной длины столба, используя при этом весь банк данных по таблеткам, и доснаряжают недостающую часть топливных таблеток в оболочку с максимально возможной точностью до заданной длины столба (патент RU №2156508, МПК G21C 21/08, опубл. 20.09.2000).

Недостаток известного способа заключается в том, что размещение топливных таблеток по длине топливного сердечника осуществляется без учета их плотности. Поскольку топливные таблетки имеют значительный разброс по плотности (содержание UO2), то формирование топливного сердечника сопровождается неравномерностью распределения UO2 по длине ТВЭЛа и, вследствие этого приводит к неравномерному распределению температуры по объему ТВЭЛа. Локальные перепады температур Д? приводят к деформации, как оболочки, так и топливного сердечника ТВЭЛа. Перепад температур сопровождается локальными напряжениями на разных участках ТВЭЛа σ = E × α × Δ t 2 × ( 1 μ ) , где E - модуль упругости, α - коэффициент температурного расширения, µ - коэффициент Пуассона. Это приводит к снижению ресурса работы как отдельно ТВЭЛа, так и тепловыделяющей сборки в целом.

Наиболее близким известным техническим решением по решаемой задаче и достигаемому техническому результату, принятому за прототип, является способ формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента, который реализуется на автоматической линии изготовления стержневого тепловыделяющего элемента (патент RU №2216797, МПК G21C 3/10, G21C 21/00, опубл. 20.04.2003). В данном техническом решении, предназначенном для серийного производства длинномерных ТВЭЛов (более 3 м) для мощных реакторов, предусмотрено распределение топливных элементов по длине топливного сердечника с большей степенью обогащения в более протяженной средней части и с меньшей степенью обогащения на концевых участках ТВЭЛа.

Однако данное техническое решение также не свободно от недостатков. Топливные элементы (таблетки) с одной степенью обогащения также имеют разброс, который может составлять более 5% от среднего значения, что при произвольной укладке таблеток приводит к неравномерности распределения топлива по длине ТВЭЛа как в средней части, так и на его концах. Это приводит к локальным перепадам температуры в радиальном и осевом направлениях. Причем наибольший перепад будет в местах сопряжения средней части с концевыми частями. Для исследовательских реакторов малой мощности при небольших размерах ТВЭЛов (от 0,5 м до 1 м) экономически выгодней использовать малые партии топливных таблеток (экспериментального состава), добиваясь при этом равномерного распределения топлива по энерговыделению (содержание урана 235) по активному объему ТВЭЛа.

Задача настоящего изобретения заключалась в обеспечении равномерности распределения температурного поля за счет равномерного распределения плотности по длине сердечников ТВЭЛов, в особенности, в исследовательских реакторах небольшой мощности.

Поставленная задача и технический результат достигаются в способе формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента, включающем укладку по длине сердечника топливных таблеток отличающихся по плотности на концевых частях и в средней части тепловыделяющего элемента, в котором согласно изобретению осуществляют автоматическое определение плотности каждой таблетки с присвоением ей номера, формируют автоматизированную базу данных, на основе которой таблетки подбирают группами таким образом, чтобы каждая группа таблеток имела минимальное отклонение от среднего значения плотности всей партии таблеток для одного тепловыделяющего элемента, после чего осуществляют укладку подобранных групп таблеток по длине сердечника, при этом группы с общей большей плотностью располагают ближе к концевым частям тепловыделяющего элемента, а с меньшей плотностью - в его средней части.

Каждая группа таблеток может представлять собой пару. Данное количество таблеток в группе оптимально с точки зрения достижения технического результата.

Таблетки в группе подбирают по максимальной и минимальной плотности.

Определение параметров топливных таблеток и их расположения в топливном столбе осуществляют посредством устройства, которое включает съемный бункер для топливных таблеток, связанный посредством механизма транспортировки с приборами измерения размера и веса таблеток, а также с анализатором данных, определяющим распределение групп таблеток по длине тепловыделяющего элемента от концевых частей к его середине.

Сущность данного технического решения, а также достигаемый технический результат иллюстрируются таблицей и фигурами графических изображений.

В таблице представлены результаты обработки партии таблеток, предназначенной для одного ТВЭЛа.

На фиг.1 приведена схема устройства, используемого при реализации способа формирования топливного сердечника стержневого ТВЭЛа.

На фиг.2 приведен график распределения плотностей групп таблеток при случайном формировании топливного сердечника.

На фиг.3 приведен график распределения плотностей групп таблеток, размещенных по мере возрастания плотности, при формировании топливного сердечника.

На фиг.4 показан график распределения плотностей групп таблеток, размещенных по мере возрастания плотности от центра столба к его краям, при формировании топливного сердечника.

Использование устройства (см. фиг.1) позволяет ускорить и облегчить подготовку таблеток для формирования сердечников ТВЭЛов. Устройство содержит: съемный бункер 1 для топливных таблеток, механизм транспортировки 2 с приводом, электрически связанные между собой, прибор измерения размеров 3, прибор измерения веса 4, лоток 5, анализатор данных 6 (ЭВМ). В процессе контроля таблетки из бункера 1 перемещаются механизмом транспортировки на измерительные позиции 2 и 3 и затем на лоток 5. Анализатор данных 6 по определенной программе определяет плотность и дает последовательность укладки групп таблеток сердечника по мере возрастания плотности от середины ТВЭЛа к его концевым частям.

Наличие сменного бункера 1 позволяет сократить время при проведении высокотемпературной термообработки таблеток в самом бункере и исключить операции по загрузке и выгрузке таблеток.

Пример конкретного осуществления

Согласно предлагаемому способу для формирования сердечника ТВЭЛа определенной длины, например 500 мм, предварительно термообработанные в съемном бункере 1 таблетки проходят размерный и весовой анализ (контроль) на приборах 3 и 4, после чего данные поступают на анализатор данных 6 устройства, изображенного на фиг.1.

Результаты обработки партии таблеток приведены в таблице.

Для формирования сердечника ТВЭЛа длиной 500 мм использована партия таблеток из 38 штук высотой 14,7 мм, что на 2 штуки больше, чем необходимо для данной длины ТВЭЛа. Из этой партии выбрано 18 групп (пар - по максимальному и минимальному значению плотности), одна пара с максимальным отклонением от среднего не используется в данном столбе. Парные таблетки с наибольшей плотностью последовательно укладывают по краям ТВЭЛа, что иллюстрируется в таблице и на фигурах 2-4. В таблице в графе 1 приведены исходные номера, а в графе 2 - соответствующие им значения плотностей. Таблетки последовательно разбивают на группы, суммарная плотность которых приведена в графе 3. График распределения плотностей групп изображен на фиг.2, где виден случайный разброс плотности. В графе 4 приведена нумерация, а в графе 5 плотность исходных таблеток, но сформированная по мере возрастания плотности. В графе 6 группам таблеток, размещенным по мере возрастания плотности, присвоен номер, а плотность этих групп представлена в графе 7. График зависимости групп таблеток от их номера (или от их положения в топливном столбе) показан на фиг.3. В графе 8 приведены номера групп таблеток в соответствии с нумерацией, принятой в графе 6, расположенные по мере возрастания плотности от центра столба к его концевым частям, а в графе 9 соответствующие им плотности. На фиг.4 показан график зависимости плотности групп таблеток, сформированных по этому признаку.

На фиг.2 приведен график линейной аппроксимации, имеющий заметный наклон, и величина ее достоверности, превышающая 5%. Как видно из графика на фиг.4 наклон графика линейной аппроксимации практически отсутствует, а величина ее достоверности не превышает 0,2%.

Таким образом, из графиков, изображенных на фиг.2-4, видно, что локальный разброс по плотности таблеток при случайном формировании топливного сердечника (фиг.2) больше, чем при формировании по предложенному способу (фиг.3, 4).

В сердечнике ТВЭЛа, сформированного в соответствии с изложенным способом (фиг.4), наибольшие значения плотности оказываются на его концевых частях, где отток тепла будет больше, а распределение температуры окажется более равномерным.

Благодаря предложенному способу формирования сердечников ТВЭЛов отклонение плотности столба таблеток от среднего значения не превышает 1,5-2%, что было подтверждено измерениями распределения содержания урана 235 по длине ТВЭЛа на установке ПНК СУТ-1 производства НИИТФА (Руководство по эксплуатации еИ1.550.194 РЭ). Тогда как при случайном расположении таблеток в сердечнике отклонение плотности от среднего значения и распределения урана-235 может быть более 5%. Данным способом была сформирована партия сердечников для ТВЭЛов, распределение урана-235 в которой не превысило 2-3%.

1 2 3 4 5 6 7 8 9
Исходный номер таблетки Плотность таблетки при исходном размещении Плотность группы таблеток при исходном размещении Исходные номера таблеток, при размещении по мере возрастания плотности Плотность таблетки, при размещении по мере возрастания плотности Номер группы таблеток, по мере возрастания плотности Плотность группы таблеток, по мере возрастания плотности Номер группы таблеток по мере возрастания плотности от центра столба к его краям Плотность группы таблеток по мере возрастания плотности от центра столба к его краям
1 12.22 24.38 14 11.966 1 24,198 17 24,319
2 12.15 15 12.232
3 12.17 24,34 23 12.006 2 24,23 16 24,314
4 12.17 1 12.224
5 12.13 24,31 10 12.01 3 24,232 14 24,302
6 12.18 22 12.221
7 12.07 24,27 30 12.021 4 24.238 12 24,301
8 12.19 16 12.216
9 12.16 24,17 35 12.035 5 24.234 10 24,287
10 12.01 20 12.199
11 12.197 24,39 29 12.063 6 24.26 8 24,271
12 12.19 11 12.197
13 12.12 24,09 7 12.073 7 24.268 5 24,234
14 11.966 32 12.196
15 12.23 24,45 33 12.076 8 24.271 3 24,232
16 12.22 8 12.194
17 12.18 24,31 31 12.094 9 24.289 1 24,198
18 12.13 12 12.194
19 12.14 24,34 28 12.101 10 24.287 2 24,23
20 12.199 27 12.186
21 12.17 24,39 25 12.109 11 24.292 4 24,238
22 12.22 17 12.182
23 12.01 24,18 13 12.119 12 24.301 6 24,26
24 12.18 6 12.182
25 12.11 24,26 18 12,129 13 24.306 7 24,268
26 12.15 24 12.176
27 12.19 24,29 5 12.13 14 24.302 9 24,289
28 12.101 21 12.172
29 12.06 24,08 19 12.138 15 24,31 11 24,292
30 12.02 3 12.172
31 12,09 24,29 26 12,148 16 24,314 13 24,306
32 12.196 4 12.167
33 12,08 24,24 2 12,154 17 24,319 15 24,31
34 12.16 34 12.164
35 12.04 24,32 9 12.159 18 24.32 18 24,32
36 12,161 36 12,161

1. Способ формирования топливного сердечника стержневого тепловыделяющего элемента, включающий укладку по длине сердечника топливных таблеток, отличающихся по плотности на концевых частях и средней части тепловыделяющего элемента, отличающийся тем, что осуществляют автоматическое определение плотности каждой таблетки с присвоением ей номера, формируют автоматизированную базу данных, на основе которой таблетки подбирают группами таким образом, чтобы каждая группа таблеток имела минимальное отклонение от среднего значения плотности всей партии таблеток для одного тепловыделяющего элемента, после чего осуществляют укладку подобранных групп таблеток по длине сердечника, при этом группы с общей большей плотностью располагают ближе к концевым частям тепловыделяющего элемента, а с меньшей плотностью - в его средней части.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждая группа состоит из двух таблеток.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что таблетки в группе подбирают по максимальной и минимальной плотности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение параметров топливных таблеток и их расположения в топливном столбе осуществляют посредством устройства, включающего съемный бункер для топливных таблеток, связанный посредством механизма транспортировки с приборами измерения размера и веса таблеток, а также с анализатором данных, определяющим распределение групп таблеток по длине тепловыделяющего элемента от концевых частей к его середине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных обечаек корпусов реакторов типа ВВЭР-1000. Изготавливают цельнокованую заготовку длиной не менее длины обечайки с учетом технологических припусков.

Изобретение относится к атомной энергетике и может применяться в установках для контактно-стыковой сварки, герметизирующих с помощью заглушек стержневые тепловыделяющие элементы (твэлы) тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к технологическим способам защиты элементов активной зоны ядерных реакторов канального и корпусного типа от разрушения, и может быть использовано для подавления дебриз-эффекта, фреттинг и локальной коррозии элементов.

Изобретение относится к технике эксплуатации ядерных канальных реакторов, касается, в частности, способов оценки остаточного ресурса телескопических соединений трактов и может быть использовано для контроля за состоянием телескопических соединений трактов в период проведения ремонта.
Изобретение относится к способам технологической обработки материалов и изделий, предназначенных для использования в активной зоне атомных реакторов. .

Изобретение относится к устройству для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента ядерного реактора. .

Изобретение относится к способу изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора и может быть использовано в атомной энергетике при изготовлении с применением контактно-стыковой сварки тепловыделяющих элементов (твэл) и направляющих каналов стержневого типа для тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к технике эксплуатации ядерных канальных реакторов и предназначено для контроля за состоянием телескопических соединений трактов топливных ячеек в период проведения ремонта.

Изобретение относится к способу изготовления тепловыделяющего элемента (твэл) ядерного реактора и может найти применение в ядерной технике. .
Изобретение относится к ядерной технике. Способ может быть использован при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов с керметными топливными стержнями. Блок заготовок топливных стержней размещают в контейнере поверх брикетов рабочей среды из стекла, закрывают контейнер колпаком, помещают контейнер в проходную печь и снимают колпак на выходе печи после погружения блока в рабочую среду. Технический результат - уменьшение адгезии стекла к заготовкам и облегчение освобождения заготовок от стекла после их прессования за счет ограничения доступа атмосферы проходной печи к поверхностям заготовок в процессе их погружения. Для предотвращения выброса рабочей среды в объем колпака на поверхности брикетов размещают слой более легкоплавкого по сравнению со стеклом брикетов слой стекла, например, в виде пудры. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР-440, и направлено на обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС ВВЭР-440. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, соединяющий их чехол и пучок твэлов, размещенный в каркасе. Каркас включает дистанционирующие решетки с шестигранными ободами, соединенные центральной трубой. На каждой из дистанционирующих решеток, находящихся в верхней части каркаса, на верхней кромке каждой грани обода между двумя угловыми твэлами на каждом из концов грани, а также между средним по грани и соседними с ним твэлами периферийного ряда выполнены отклоняющие элементы в виде пластин, отогнутых от обода под острым углом и выступающих в пространство между указанными твэлами. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе наполнения емкостей порошковым материалом, например, для изготовления ядерного топлива. Система содержит устройство для соединения емкости и системы подачи материалов. Устройство содержит неподвижную соединительную часть (I), выполненную с возможностью соединения с системой подачи, и подвижную соединительную часть (II), выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной соединительной части (I) и с возможностью соединения с отверстием наполнения контейнера (4). Подвижная соединительная часть (II) содержит на уровне нижнего по потоку конца, по меньшей мере, одно средство (30) уплотнения, выполненное с возможностью образования герметичного соединения путем примыкания к контуру отверстия наполнения. При этом нижний по потоку конец подвижной соединительной части (II) соединен с неподвижной соединительной частью (I) посредством гибкого средства (42) уплотнения с возможностью обеспечения механического разъединения нижнего по потоку конца подвижной соединительной части (II) и неподвижной соединительной части (I). 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Предложен способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами, при котором из партии топливных элементов со средней длиной L0 случайным образом набирают столбы с количеством элементов n. Если длины столбов D лежат в пределах (nLo-d; nL0+d), где d=min[h-(H-nL0), h+(H-nL0)], h - половина поля допуска на длину сердечника, Н - номинальная длина сердечника, то их направляют на снаряжение сердечников. Из оставшихся стержней партии снова случайным образом набирают столбы и далее операции повторяют. Технический результат - практически полное использование партии стержней на снаряжение сердечников и возможность значительного упрощения автоматизированных линий производства твэл. 7 ил.

Заявленная группа изобретений относится к атомной энергетике и может быть использована при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) и снаряжении их в тепловыделяющую сборку (ТВС) преимущественно для водо-водяных энергетических реакторов. В способе нанесения лакового покрытия на поверхность тепловыделяющих элементов (твэлов) с оболочками из циркониевых сплавов приводят поверхность твэлов в контакт с лаком, проводят их сушку с образованием лакового покрытия на поверхности твэла. Приведение поверхности твэлов в контакт с лаком и их сушку осуществляют путем их перемещения в горизонтальном направлении вдоль собственной оси последовательно через зону нанесения лака и зону сушки и принудительного и дозированного смачивания в зоне нанесения лака цилиндрической поверхности твэла лаком при проходе его через плотно облегающий эластичный капиллярно-пористый элемент, в который подают лак до заполнения им его пор. Технический результат - подготовка тепловыделяющих элементов к сборке в ТВС в непрерывном, легко автоматизируемом режиме. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Дистанционирующая решетка ТВС содержит обод, трубчатые ячейки, каждая из которых имеет пять-шесть плоских граней, соединенных с аналогичными гранями соседних ячеек или с ободом посредством сварки, и расположенные между плоскими гранями три грани, которые предназначены для контакта с твэлами и на части высоты каждой из которых выполнено углубление в виде гофра, направленное внутрь ячейки. Каждый гофр расположен в средней части по высоте соответствующей грани, плоскость симметрии каждого гофра расположена под углом 0…30 градусов к оси ячейки, а плоские грани соседних ячеек, соединенные посредством сварки, контактируют друг с другом по всей своей поверхности. Кроме того, часть ячеек соединена с ободом посредством сварки по грани, предназначенной для контакта с твэлом, на ее участках, примыкающих к торцам, где гофр отсутствует. Технический результат - обеспечение сопротивления ячеек нагрузкам по всей высоте ячеек, а также исключение застойных зон. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к высокотемпературным топливным элементам. Технический результат - упрощение нанесения межсоединительного слоя. В заявке описан способ изготовления твердооксидного топливного элемента, имеющего электролит трубчатой формы, на который наносят по меньшей мере один располагаемый с его внутренней стороны (внутренний) электрод и по меньшей мере один располагаемый с его наружной стороны (наружный) электрод, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий: подготавливают формовочный стержень, на который наносят по меньшей мере один образующий межсоединение материал и внутренний электрод, формовочный стержень помещают в литьевую форму, из литьевой массы литьем под давлением формуют электролит и удаляют формовочный стержень по типу метода литья с разовым литейным стержнем. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гайковертам. Устройство для переключения блока передач гайковерта фланцевых соединений применимо для фланцевых соединений верхнего блока ядерного реактора, при этом является составной частью блока передач, к которому подключены две шестерки штанг для затяжки и/или ослабления шпилек. Переключение блока передач предназначено для присоединения или отсоединения привода шестерок штанг. Образовано двумя рычагами (1), (1'), соединенными с шестернями (12), (12') для управления управляющими кольцами (9), (10). Управляющие кольца (9), (10) предназначены для управления вилками (14), (15). Вилки (14), (15) опираются на венчики зубчатых муфт (8), (8'), подвижно размещены на валах (7), (7'), снабженных штангами. Зубчатые муфты (8), (8') зафиксированы от поворота по отношению к валам (7), (7'), а с помощью пружин (16), (16') находятся в зацеплении с зубчатыми колесами (6), (6'), для передачи крутящего момента с зубчатых колес (6), (6') на валы (7), (7') через шпонки (17), (17'). Зубчатые колеса (6), (6') соединены с шестерками приводов блока передач. Вилками (14), (15), установленными в направляющих скольжения (18), (18'), могут сжиматься и отжиматься пружины (16), (16'), что приводит зубчатые муфты (8), (8') в состояние зацепления или расцепления с зубчатыми колесами (6), (6'). Изменением положения рычагов (1), (1') с одного положения в другое можно поворачивать управляющее кольцо (9), (10), для того чтобы зубчатые муфты (8), (8') вошли в зацепление с зубчатыми колесами (6), (6'), или наоборот. Технический результат заключается в уменьшении времени для завинчивания или отвинчивания фланцевых соединений блока ядерного реактора. 4 ил.
Наверх