Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

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.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок, используемых, преимущественно, для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000. Конструкция крепления твэлов в несущей концевой решетке 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.

Наверх