Тепловыделяющая сборка ядерного реактора



Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
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 2534391:

Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" (RU)

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС), используемых, преимущественно, для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. Конструкция крепления твэлов в несущей концевой (опорной) решетке (HP) имеет цилиндрическую часть из циркониевого сплава Э110. Фиксация твэла в HP производится путем замятия полого конца наконечника одновременно в трех или более местах по периметру на определенную величину, при этом описанный диаметр наконечника увеличивается до величины, необходимой для удержания твэла в HP. Поверхность посадочного отверстия HP выполнена ступенчатой с длиной ступени большего диаметра, равной 0…0,5 толщины несущей решетки, причем поверхность с большим диаметром может быть конической, а в торце наконечника твэла выполнено отверстие, соосное с его наружной поверхностью, глубиной не более толщины несущей решетки. При этом в 3…4 местах эта часть наконечника одинаково деформирована таким образом, что наружная поверхность наконечника выходит за пределы меньшего диаметра посадочного отверстия. Технический результат - высокая надежность фиксации наконечника твэла в HP за счет отсутствия зазоров в осевом и радиальном направлениях и исключения вращения твэла вокруг продольной оси. 8 ил.

 

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.

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерного реактора РБМК-1000, в которой тепловыделяющие элементы (твэлы) фиксируются в концевой решетке посредством выполнения на их наконечнике кольцевой проточки, в которую после сборки с концевой решеткой устанавливается стопорное кольцо (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенератора). М: Энергоатомиздат, 1984 г., рис.П.8.11, с.265) [1].

Недостатками данной конструкции являются наличие дополнительной детали - стопорного кольца, а также технологической операции установки кольца, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления и сборки ТВС РБМК-1000.

Также известна конструкция ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, в которой наконечник твэла имеет диаметральное отверстие (см. [1], рис.П.8.9 и рис.П.8.10, с.264), в которое после установки твэла в концевую решетку вставляется шплинт (см. Крамеров А.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов,. М.: Атомиздат, 1971 г., с.206) [2].

Такая конструкция имеет недостатки, аналогичные указанным выше, причем соединение твэла с концевой решеткой неразъемное.

Для исключения этих недостатков и обеспечения разъемности соединения была предложена конструкция «цангового» крепления, в которой твэлы соединяются с опорной (концевой) решеткой узлами крепления, каждый из которых выполнен в виде упругого в поперечном сечении, по крайней мере на части его длины от торца, цилиндра, при том, что упругое поперечное сечение цилиндра выполнено в форме кольца, имеющего отверстие, выполненное в опорной (концевой) решетке, и имеет на торце буртик, контактирующий с поверхностью кольцевой проточки, выполненной в опорной решетке (патент на изобретение RU 2129738 С1 от 27.04.1999).

В данной конструкции ТВС предполагается, что твэл опирается на КР, поэтому она в этой конструкции и называется опорной решеткой. При этом может быть обеспечено дистанционное извлечение твэла при необходимости.

Однако такая конструкция имеет также несколько недостатков. Во-первых, «цанговое» крепление твэлов не обеспечивает отсутствие осевых, да и радиальных зазоров в соединении твэла с опорной (концевой) решеткой вследствие того, что цилиндр является упругим только на части своей длины. Во-вторых, оно может оказаться недостаточно надежным, если твэлы подвешены на решетке, как это имеет место в конструкции ТВС РБМК-1000, где твэлы верхнего пучка висят на концевой решетке, и в процессе всего срока эксплуатации они должны надежно в ней фиксироваться.

Предлагается унифицированная конструкция крепления твэлов ВВЭР-440, ВВЭР-1000, РБМК-1000 в несущей концевой (опорной) решетке (HP), устраняющая перечисленные недостатки.

Поверхность посадочного отверстия в несущей решетке выполнена ступенчатой с длиной ступени большего диаметра, равной 0…0,5 толщины несущей решетки, причем поверхность с большим диаметром может быть конической.

Предлагаемая конструкция наконечника частично сохраняет конфигурацию наконечника перечисленных твэлов и имеет цилиндрическую часть из циркониевого сплава Э110.

Форма наконечника выше верхнего среза HP идентична существующей, что не требует изменения сварочного оборудования при соединении ее с оболочкой твэла. В нижней цилиндрической части заглушки, входящей в HP, с наружного торца выполнено цилиндрическое отверстие диаметром на 0,5…1,0 мм, меньшим ее диаметра, и длиной 5…10 мм в зависимости от конкретного твэла (см. фиг.8).

Фиксация твэла в HP производится путем замятия полого конца наконечника одновременно в трех или более местах по периметру на определенную величину, при этом описанный диаметр наконечника увеличивается до величины (в зависимости от диаметра заглушки и количества мест замятия), необходимой для удержания твэла в HP (см. фиг.2, 4).

Аналогичный эффект может быть также достигнут расклиниванием полого конца наконечника в указанных местах, однако, такая технология требует большей пластичности материала заглушки.

Извлечение наконечника из HP, как показывают проведенные расчеты, возможно либо путем дальнейшего замятия конца наконечника, что приводит, в отличие от первого этапа - фиксации, к уменьшению ее описанного диаметра за счет затягивания материала внутрь, вплоть до свободного выхода наконечника из отверстия (см. фиг.3, 5), либо расклиниванием смятого конца конусом с последующей выпрессовкой из отверстия КР небольшим осевым усилием.

Процесс фиксации предлагаемого наконечника в HP может быть выполнен на существующем оборудовании при небольшой доработке оснастки.

Предлагаемая конструкция крепления твэлов в ТВС имеет следующие преимущества:

- Отсутствие дополнительной детали - кольца (РБМК).

- Простота конструкции - цилиндрическая форма, что дает предельно высокую технологичность.

- Отсутствие дополнительного усилия при вталкивании в решетку.

- Высокая прочность конструкции, исключающая повреждение наконечника при транспортно-технологических операциях и сборке пучка твэлов.

- Высокая надежность получаемого соединения при сравнительно низком уровне деформаций наконечника, практическое отсутствие зазоров в осевом и радиальном направлениях за счет самопроизвольного уплотнения соединения при фиксации наконечника, исключения вращения твэла вокруг продольной оси.

- Отсутствие проблем со сваркой КСС, т.к. отверстие в наконечнике неглубокое в связи с тем, что не требуется упругость цилиндра.

- Возможность заглубления деформируемого конца наконечника в проточку решетки заподлицо, что особенно хорошо при центральном закреплении твэлов в ТВС РБМК с целью снижения разрыва в топливном столбе в центре АЗ.

- Значительно меньшая трудоемкость изготовления и металлоемкость.

Изобретение поясняется чертежами на фиг.1-8.

На фиг.1 изображен узел крепления твэлов штатной ТВС РБМК-1000.

В штатной ТВС твэлы фиксируются в концевой решетке 1 посредством выполнения на их наконечнике 2 кольцевой проточки 3, в которую после сборки с концевой решеткой устанавливается стопорное кольцо 4.

На фиг.2 изображена форма поперечного сечения наконечника при фиксации в HP с замятием в 4-х местах.

На фиг.3 изображена расчетная форма поперечного сечения наконечника при извлечении из HP с замятием в 4-х местах.

На фиг.4-5 изображены аналогичные формы поперечного сечения с замятием в 3-х местах.

На фиг.6. изображена расчетная зависимость изменения описанного диаметра наконечника от величины диаметрального замятия в 3-х местах наконечника типа ВВЭР. Видно, что первоначально описанный диаметр на этапе фиксации увеличивается с увеличением замятия до некоторого предела, а затем, при дальнейшем увеличении замятия, описанный диаметр начинает уменьшаться, что позволяет извлекать наконечник из HP практически без усилия. То же самое происходит и при замятии наконечника в 4-х местах.

В таблицах 1-2 приведены конкретные примеры исполнения предлагаемых наконечников твэлов ТВС типа ВВЭР и РБМК.

Таблица 1
Конструктивные параметры
Тип твэла Длина наконечника, мм Глубина отверстия, мм Наружный диаметр, мм Диаметр отверстия, мм
ВВЭР-440, -1000 13…16 5…6 5 4…4.5
РБМК-1000, -1500 15…18 7,5…8,5 8,5…9,0 7,5…8,5
Таблица 2
Функциональные параметры
Тип реактора РБМК ВВЭР
Толщина стенки полой части 0,5±0,1 0,4±0,05
Количество замятий 3 4 3
Наружный диаметр после замятия 11,2±0,2 10,7±0,2 5,6±0,1
Внутренний диаметр после замятия 6,0+0,4 7,2+0,4 3,0+0,2

На фиг.7 приведена конструкция предлагаемого узла крепления в сборе, где 5 - твэл, 6 - несущая решетка, 7 - наконечник.

На фиг.8 изображен предлагаемый наконечник, где 8 - торец наконечника, 9 - отверстие, 10 - наружная поверхность наконечника.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, соединяемые с несущей решеткой узлами крепления, каждый из которых выполнен в виде наконечника твэла цилиндрической формы, который установлен в посадочном отверстии, выполненном в несущей решетке, отличающаяся тем, что поверхность посадочного отверстия выполнена ступенчатой с длиной ступени большего диаметра, равной 0…0,5 толщины несущей решетки, причем поверхность с большим диаметром может быть конической, а в торце наконечника твэла выполнено отверстие, соосное с его наружной поверхностью, глубиной не более толщины несущей решетки, при этом в 3…4 местах эта часть наконечника одинаково деформирована таким образом, что наружная поверхность наконечника выходит за пределы меньшего диаметра посадочного отверстия.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к вентилируемым тепловыделяющим элементам ядерного реактора. Способ предусматривает использование тепловыделяющей сборки с кожухом, выполненным с возможностью вмещения пористой массы ядерного топлива с летучим продуктом ядерного деления.

Изобретение относится к ядерному реактору на быстрых нейтронах. Совокупность активной зоны, отражателя и бланкета представляет собой двухфазную металлическую систему: Pb-Pu-U, или Pb-U-Th, или Pb-Pu-U-Th.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Устройство снаряжения фольгой оболочек твэлов содержит фольгу, валики прокатки фольги, пуансон, штангу с цилиндром, диаметр которого равен диаметру таблетки делящегося материала, губки, охватывающие цилиндр перед заслонкой.

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при создании тепловыделяющих элементов (твэлов) для атомных реакторов на тепловых и быстрых нейтронах.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Дистанционирующая решетка (ДР) содержит группы взаимно пересекающихся параллельных пластин, расположенных в один ярус и образующих шестиугольные ячейки для размещения твэлов, расположенные по правильной треугольной сетке, и треугольные ячейки, расположенные между шестиугольными.

Изобретение относится к атомной технике. Направляющий канал тепловыделяющей сборки ядерного реактора с выгорающим поглотителем размещен в ячейках дистанционирующих решеток.

Изобретение относится к способу приготовления оксалатов актиноидов. Способ включает осаждение одного актиноида или соосаждение большего числа актиноидов в форме частиц оксалата в псевдоожиженном слое приведением в контакт водного раствора, содержащего актиноид или актиноиды, с водным раствором щавелевой кислоты или соли щавелевой кислоты и сбор частиц оксалата.
Изобретение относится к атомной промышленности, в частности к изготовлению таблетированного топлива из диоксида урана для тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к технологии изготовления таблеток ядерного топлива из порошков на основе оксидов ядерных делящихся материалов, в частности к изготовлению таблеток с минимальными припусками на шлифование или в размер.
Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам получения смешанного уран-плутониевого ядерного топлива на базе диоксидов UO2 и PuO2, получившего название МОХ (Mixed-Oxide) топлива.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерного реактора на бегущей волне. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора деления выполнена с возможностью управляемого удаления летучих продуктов ядерного деления и тепла, высвобождаемого волной горения в ядерном реакторе. Тепловыделяющая сборка содержит кожух, выполненный с возможностью вмещения пористой массы ядерного топлива с летучим продуктом ядерного деления. Подузел управления текучей средой соединен с кожухом и выполнен с возможностью управления удалением по меньшей мере части летучих продуктов ядерного деления из пористой массы ядерного топлива. Кроме того, подузел управления текучей средой выполнен с возможностью циркуляции отводящей тепло текучей среды через пористую массу ядерного топлива для удаления тепла, произведенного массой ядерного топлива. Технический результат - обеспечение глубокого выгорания топлива и длительной кампании. 35 з.п. ф-лы, 213 ил.
Изобретение относится к способу получения диоксида урана в виде зерен сферической и неправильной формы. Способ включает растворение при интенсивном перемешивании оксида урана UO3 или UO2(NO3)2×6H2O в органической кислоте, предпочтительно в аскорбиновой кислоте, обработку полученного аскорбиново-гидрокси-уранового золя и термообработку полученного геля при температуре 550°C и скорости нагрева 5°C/мин в воздушной среде до образования U3O8, после чего полученный оксид восстанавливают в атмосфере водорода и/или аргона, предпочтительно в атмосфере водорода, при температуре 1100°C до образования диоксида урана в виде зерен сферической или неправильной формы. Изобретение обеспечивает упрощение процесса и сокращение времени получения диоксида урана, а также снижение расходов. 5 н.п. ф-лы, 5 пр.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР-440. Чехол ТВС соединяется с хвостовиком с помощью 6-ти специальных винтов, имеющих коническую форму головки снизу. На гранях посадочного места концевой детали в средней части вокруг каждого из отверстий под крепежные винты выполнены углубления, поверхность которых совпадает с деформированной формой поверхности чехла при нагружении радиальными силами по контуру отверстий или близка к ней. Углубления имеют ширину меньше, чем ширина грани чехла. Технический результат - обеспечение соосности чехла и концевой детали (например, хвостовика) в сборе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способам получения смешанного уран-плутониевого ядерного топлива. В заявленном способе раствор нитратов металлов (0,3-5 моль/л HNO3) смешивают с раствором восстановителя и/или комплексообразующего реагента и подают через форсунку аппарата аэрозольной сушки, обеспечивающего прогрев реакционной смеси выше температуры разложения реагентов и образующихся комплексов металлов (>400°С). Количество комплексонов выбирается исходя из условий полного замещения нитрат-иона в координационной сфере металлов. В ряде случаев предварительное смешивание растворов нежелательно из-за сильного газовыделения и/или выпадения осадков. В таких случаях раствор нитратов металлов и раствор реагентов подают в форсунку аппарата раздельно, где они смешиваются до распыления. Для получения оксидов актинидов в низковалентном состоянии и твердых растворов оксидов актинидов на основе диоксида урана в качестве среды в аппарате аэрозольной сушки используют инертные газы или их смеси. Техническим результатом является возможность получения оксидов металлов из нитратных растворов в одну стадию, в том числе получения твердых растворов оксидов актинидов на основе диоксида урана без применения водорода, а также увеличение безопасности и упрощение способа получения оксидов металлов, в том числе и смешанных оксидов актинидов. 6 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов) Тепловыделяющий элемент содержит топливные таблетки 1, заключенные в трубчатую оболочку 2 и подпираемые с двух концов фиксирующими и компенсирующими пружинами. Топливные таблетки 1 в трубчатой оболочке 2 с двух сторон герметизированы пробками, в трубчатой оболочке выполнены микроканалы 3, имеющие входы 4 и выходы 5 для теплоносителя, причем по оси выхода микроканала 3 расположена косая перегородка 6, которая отражает в сторону паровой выброс 7 из микроканала 3, вход микроканала 3 имеет срез, перпендикулярный интегральному вектору скорости потока 8 теплоносителя. Технический результат - улучшение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов. 2 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для интенсификации теплообмена с поверхности твэла, и может быть использовано, в частности, в действующих реакторах водо-водяного типа с тепловой мощностью более 2600 МВт (например, ВВЭР-1000) или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов. Технический результат - повышение теплоотдачи с поверхности твэлов при минимальном увеличении гидравлического сопротивления, характерного для гладкой поверхности твэлов. Для целей перемешивания и турбулизации потока теплоносителя интенсификатор теплоотдачи выполнен в виде спиральной навивки металлической ленты на внешнюю поверхность стержневого тепловыделяющего элемента. При этом металлическая лента закручена относительно собственной продольной оси. 2 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 20 з.п. ф-лы, 205 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к конструкциям газозаполненных твэлов для экспериментальных, испытательных и исследовательских реакторов и способам их изготовления. Твэл содержит оболочку, заполненную газом заданного состава и давления, с размещенным в ней топливным сердечником и концевые элементы, герметично соединенные с оболочкой сварными швами. Оба концевых элемента соединены с оболочкой при помощи сварных швов, выполненных многопроходной электронно-лучевой сваркой. По крайней мере в одном из концевых элементов выполнена полость с размещенной внутри ампулой с инертным газом заданного состава и давления. Полость соединена с внутренним объемом оболочки, а концевой элемент с полостью выполнен толщиной, соизмеримой с толщиной стенки оболочки. Для изготовления твэла в концевом элементе предварительно формируют полость, в которую помещают ампулу, заполненную газом заданного состава с избыточным давлением. Ампулу выполняют из материала с температурой плавления ниже температуры плавления материала концевого элемента. Твэл герметизируют при помощи сварных швов, выполненных электронно-лучевой сваркой, а заполнение внутренней полости оболочки газом производят путем вскрытия ампулы после герметизации путем теплового воздействия на концевой элемент. Технический результат - получение твэла с более качественными, коррозионностойкими, менее напряженными сварными швами. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам деления. Система вентилируемого тепловыделяющего модуля ядерного деления содержит тепловыделяющий элемент ядерного деления, соединенный с ним корпус клапана для помещения газообразных продуктов деления и клапан, предназначенный для управляемой вентиляции газообразных продуктов деления из объема корпуса. Технический результат - повышение надежности тепловыделяющего модуля, увеличение кампании реактора. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 205 ил.

Изобретение относится к ядерному топливу и тепловыделяющим элементам ядерного реактора. Металлический стержневой твэл включает кольцевое ядерное топливо из металлического сплава, циркониевую защитную оболочку, окружающую и находящуюся в контакте с ядерным топливом, оболочку, окружающую защитную оболочку, и газосборник в оболочке. Центральное отверстие обеспечивает эффективную плотность топлива 75% или менее при облучении. Также описаны система форм и способы изготовления кольцевого металлического ядерного топлива. Технический результат - повышение выгорания ядерного топлива. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх