Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Владельцы патента RU 2510538:
Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)
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 атомной энергетике, а именно, к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР-440.
В конструкци ТВС ВВЭР-440 (см. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, с.317) [1] основными конструктивными узлами являются пучок тепловыделяющих элементов (твэлов), дистанционирующие решетки (ДР), закрепленные на центральной трубе, головка, хвостовик и соединяющий их чехол. Твэлы закреплены в верхней, дистанционирующих и нижней опорной решетках.
В настоящее время фактором, ограничивающим увеличение мощности ТВС ВВЭР-440, 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 ТВС ядерного реактора типа ВВЭР-1000, содержащая тепловыделяющие элементы (твэлы), головку и хвостовик, закрепленные на силовом каркасе, включающем ДР с ободами, при этом на каждой кромке граней ободов каждой ДР имеются отбойники в виде лепестков, наклоненных под определенным углом к оси ТВС, для обеспечения незацепляемости ДР соседних ТВС при перегрузке и перемешивания теплоносителя с целью выравнивания температуры теплоносителя по сечению ТВС (RU 2163036 С2, опуб. 10.02.2001). Причем ободы ДР выполнены из составных частей, соединенных внахлестку сварными соединениями, и приваренных точечной сваркой к ячейкам ДР.
Недостатками известной ТВС является повышенное гидравлическое сопротивление ДР, вызванное наличием отбойников по всей длине всех кромок ободов всех ДР, низкая эффективность перемешивания при наличии разнонаправленных отбойников на верхней и нижней кромках обода одновременно, трудоемкость выполнения соединений составных частей ободов.
Задачей изобретения является обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС ВВЭР-440.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС.
Технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей головку, хвостовик, соединяющий их чехол и пучок твэлов, размещенный в каркасе, включающем дистанционирующие решетки с шестигранными ободами, соединенные центральной трубой, согласно изобретению 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 углом 5…15° и выступающих в пространство между указанными твэлами.
Кроме того, ободы дистанционирующих решеток выполнены предпочтительно из циркониевого сплава с использованием лазерной резки.
На фиг.1 показан общий вид ТВС ВВЭР-440.
На фиг.2 - предложенная ДР, вид сверху.
На фиг.3 - грань ДР.
На фиг.4 - поперечное сечение грани ДР.
На фиг.5 - фото грани обода.
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку 1, хвостовик 2 и соединяющие их чехол и силовой каркас, включающий верхнюю и нижнюю опорную решетки 3 и 4 и дистанционирующие решетки (ДР) 5 и центральную трубу (ЦТ). В силовом каркасе закреплен пучок тепловыделяющих элементов (твэлов 6). (см. фиг.1). Твэлы 6 закреплены в ДР 5 и нижней опорной решетке 4 (HP).
На каждой из ДР 5, находящихся в верхней части каркаса (от четырех до десяти ДР, например), на верхней кромке каждой грани 7 обода 8 ДР между двумя угловыми ячейками для твэлов 9, 10 и 11, 12 на каждом из концов грани 7, а также между средней 13 по грани 7 и соседними с ним ячейками для твэлов 14 и 15 периферийного ряда выполнены отклоняющие элементы 16 (фиг.3).
Отклоняющие элементы 16 выполнены в виде пластин длиной 4…5 мм, отогнутых от обода 8 под острым углом и выступающих в пространство между указанными твэлами (фиг.4).
Угол между отклоняющим элементом 16 и плоскостью, являющуюся продолжением плоскости наружной поверхности грани 7 обода 8, предпочтительно выбирают из интервала 5-20°. При меньших углах снижается эффективность перемешивания теплоносителя, а при больших - повышается гидравлическое сопротивление ДР.
Наличие отклоняющих элементов 16 не на всех ДР 5, а только на ДР в верхней части каркаса не приводит к существенному увеличению гидравлического сопротивления ТВС. Также этому способствует расположение этих элементов только на верхней кромке ободов 7 и не по всей их длине обода 8, а там где имеются наиболее теплонапряженные твэлы - в угловых зонах и в средней зоне каждого обода 7.
Кроме того отсутствие аналогичных разнонаправленных отклоняющих элементов на нижней кромке ободов увеличивает эффект выравнивания температуры теплоносителя по сечению ТВС за счет направления периферийного более холодного теплоносителя от чехла к более нагретому центру. Разнонаправленные отклоняющие элементы на нижней кромке обода такого эффекта не дают, т.к. часть их - на нижней кромке ободов, наоборот направляет теплоноситель от центра к периферии ТВС.
Форма обода 7 с отклоняющими элементами 16 с высокой точностью может быть выполнена с помощью высокопроизводительной технологии лазерной резки.
1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку, хвостовик, соединяющий их чехол и пучок твэлов, размещенный в каркасе, включающем дистанционирующие решетки с шестигранными ободами, соединенные центральной трубой, отличающаяся тем, что 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.
2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что пластины отогнуты от обода под углом 5-20°.
3. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что ободы дистанционирующих решеток выполнены из циркониевого сплава с использованием лазерной резки.
