Концевая решетка для тепловыделяющей сборки канального ядерного реактора

Полезная модель относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС), и может быть использована в реакторах большой мощности канальных (РБМК). Задачей полезной модели является устранение дебриз - повреждений твэлов. Технический результат полезной модели заключается в исключении проникновения дебриз-предметов через опорную решетку без использования дополнительной фильтрующей решетки. Для устранения этого недостатка предлагается изменить конфигурацию проливных отверстий концевой решетки с целью придания им свойства фильтрующего элемента. В концевой решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненной в виде круглой плиты с круглым отверстием под центральную трубу и круглыми отверстиями под наконечники твэлов, центры которых расположены на концентричных окружностях, и с проливными отверстиями между ними, согласно предложению проливные отверстия образованы пересечением перемычек, направленных от периферии в направлении к отверстию под центральную трубу, и соседних с ними параллельных перемычек с перпендикулярными к ним перемычками и с перемычками, ограничивающими круглые отверстия.

Полезная модель относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС), и может быть использована в реакторах большой мощности канальных (РБМК).

Известна конструкция ТВС ядерного реактора РБМК-1000, содержащая два пучка, состоящих из 18 твэлов каждый, расположенных кольцеобразно по двум концентричным окружностям, закрепленных в концевой опорной решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР), закрепленными на центральной трубе. Пучки соединены между собой стержнем, проходящим через центральные трубы и хвостовик с помощью резьбового соединения (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1984., рис.П.8.11. с.265).

Недостатком данной конструкции является возможность проникновения в пучок твэлов посторонних дебриз-предметов достаточно большого размера и повреждение ими оболочек твэлов, что приводит к преждевременной разгерметизации твэлов и выходу из строя ТВС.

В штатной концевой решетке проливные отверстия имеют вписанный диаметр до 10 мм, а описанный диаметр достигает 15 мм. В связи с этим она пропускает в пучок твэлов дебриз-предметы большого размера (металлическая стружка, стержни и т.п.).

Неоднократные послереакторные исследования поврежденных ТВС РБМК-1000 показали, что основной причиной разгерметизации твэлов являются дебриз-повреждения.

Было предложено оснастить ТВС РБМК дополнительно фильтром, улавливающим дебриз-частицы (антидебризный фильтр АДФ), и установить его в хвостовике ТВС с дистанционатором на входе в ТВС теплоносителя АДФ имеет пазы шириной до 2 мм и перемычки толщиной до 0,8 мм (см. патент РФ 2338272, опубл. 10.11.2008).

Недостатком такого технических решений является наличие дополнительного элемента конструкции - фильтра, что увеличивает трудоемкость изготовления и гидравлическое сопротивление ТВС РБМК.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции концевой решетки является опорная концевая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде плиты с круглыми отверстиями под наконечники твэлов и проливными отверстиями между ними, каждое из которых образовано тремя дугами радиуса R (см. патент РФ 94043, опубл. 10.05.2010).

Недостатком данной конструкции является возможность проникновения в пучок твэлов посторонних дебриз-предметов достаточно большого размера и повреждение ими оболочек твэлов, что приводит к преждевременной разгерметизации твэлов и выходу из строя ТВС.

Задачей полезной модели является устранение дебриз - повреждений твэлов.

Технический результат полезной модели заключается в исключении проникновения дебриз-предметов через опорную решетку без использования дополнительной фильтрующей решетки. Для устранения этого недостатка предлагается изменить конфигурацию проливных отверстий концевой решетки с целью придания им свойства фильтрующего элемента.

Технический результат достигается за счет того, что в концевой решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненной в виде круглой плиты с круглым отверстием под центральную трубу и круглыми отверстиями под наконечники твэлов, центры которых расположены на концентричных окружностях, и с проливными отверстиями между ними, согласно предложению проливные отверстия образованы пересечением перемычек, направленных от периферии в направлении к отверстию под центральную трубу, и соседних с ними параллельных перемычек с перпендикулярными к ним перемычками и с перемычками, ограничивающими круглые отверстия.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.

На фиг.1 схематично изображена опорная решетка предлагаемой тепловыделяющей сборки канального ядерного реактора.

Предлагаемая опорная решетка (фиг.1) тепловыделяющей сборки канального ядерного реактора имеет круглый наружный обод и содержит центральное круглое отверстие 4 под центральную трубу, круглые отверстия 1 для наконечников твэлов, расположенные кольцеобразно по двум концентричным окружностям. Между круглыми отверстиями 1 и 4 размещены проливные отверстия 2, имеющие вытянутую в направлении от периферии к центральному отверстию 4 форму. Проливные отверстия образованы пересечением перпендикулярных друг другу перемычек 3, направленных от периферии к центральному отверстию 4, и параллельных им соседних более коротких перемычек с перпендикулярными им перемычками 6, а также с перемычками, ограничивающими круглые отверстия 1 и 4. Выступы 5 на наружном ободе решетки служат для центрирования ТВ С в канальной трубе.

Материал опорной решетки-фильтра сталь типа Х18Н9Т.

Предлагается выполнить проливные отверстия опорной решетки вытянутыми в радиальном направлении и образованными пересечением перпендикулярных друг другу перемычек. Проливные отверстия предлагается выполнить шириной 2,1...2,3 мм и для обеспечения наилучших фильтрующих свойств расположить их равномерно между твэлами на расстоянии (с шагом) ~s/5 в окружном направлении, где s - шаг расположения твэлов РБМК во внутреннем кольце, что существенно уменьшит вероятность попадания в пучок твэлов дебриз-предметов и повысит тем самым работоспособность ТВС РБМК.

При этом трудоемкость изготовления опорной решетки существенно не изменится, а отказ от дополнительного фильтрующего элемента дает существенный экономический эффект.

Проведенные расчеты с использованием программного комплекса ANSYS показали, что предлагаемая опорная решетка имеет существенно большую механическую прочность по сравнению со штатной при сохранении проливного сечения.

Концевая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде круглой плиты с круглым отверстием под центральную трубу, круглыми отверстиями под наконечники твэлов, центры которых расположены на концентричных окружностях, и с проливными отверстиями между ними, отличающаяся тем, что проливные отверстия образованы пересечением перемычек, направленных от периферии в направлении к отверстию под центральную трубу, и соседних с ними параллельных им перемычек с перпендикулярными к ним перемычками и с перемычками, ограничивающими круглые отверстия.