Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Полезная модель относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. В тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов (твэлов), головку, хвостовик, каркас, состоящий из пучка направляющих каналов (НК), расположенных по высоте ТВ С и соединенных с НК дистанционирующих решеток (ДР), состоящих из обода и соединенных между собой ячеек с упругими элементами, в которых расположены твэлы, согласно полезной модели в местах проходки НК на гранях ячеек ДР, окружающих НК, выполнены выштамповки выпуклостями внутрь ячейки с геометрическим профилем в поперечном сечении эквивалентном профилю наружной поверхности НК. Реализация предлагаемого технического решения позволяет снизить продольные усилия при установке НК в каркас ТВС и упростить конструкцию стенда сборки каркасов, а также повысить качество сварных соединений ячейка ДР-НК, 1 н.п., 6 ил.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок (ТВС), из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), особенно типа ВВЭР-1000, 1200.

Уровень техники

В конструкции ТВС основными узлами являются пучок тепловыделяющих элементов (твэл), каркас, головка и хвостовик.

Пучок твэл состоит из твэлов, которые размещены в ячейках дистанционирующих решеток (ДР) каркаса, который соединяется с головкой и хвостовиком ТВС.

Каркас ТВС состоит из системы расположенных по длине ТВС ДР и различных конструктивных элементов, посредством которых каркас соединяется с головкой и хвостовиком и на которых крепятся ДР.

В настоящее время разработано множество конструкций элементов крепления каркаса к головке и хвостовику, удовлетворяющих требованиям безопасной эксплуатации ТВС.

Известна конструкция ТВС, содержащая гексагональный пучок твэлов, размещенный в расположенных по высоте ДР, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах ТВС (патент США N 4285771, G21C 3/30,1981).

Известна конструкция ТВС, содержащая гексагональный пучок твэлов, размещенный в расположенных по высоте ДР, головную и хвостовую части, соединенные опорными элементами, размещенными в углах ТВС (RU 2093906, G21C 3/30, 3/06, 20.10.1997). В известной конструкции ТВС опорные элементы выполнены в виде установленных по высоте от хвостовой части до верхней дистанционирующей решетки штампованных угловых пластин из циркониевого сплава, соединенных сваркой с ДР и винтами с хвостовой частью.

Наиболее близкой к предложенной полезной модели является конструкция ТВС, содержащая гексагональный пучок твэлов, размещенный в расположенных по высоте ДР, головную и хвостовую части, соединенные направляющими каналами, проходящими через ДР (Крамеров М.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов, М., Автоиздат, 1971). В известной ТВС, которая изготавливается для энергоблоков ВВЭР-1000, каркас состоит из системы расположенных по высоте ТВС дистанционирующих решеток, которые соединены сваркой с системой направляющих каналов (НК), внутри которых перемещаются стержни системы управления и защиты реактора. На верхних концах НК устанавливается и крепится головка ТВС, нижние концы НК крепятся в нижней опорной плите ТВС, которая посредством сварки соединена с хвостовиком. ДР состоит из обода и поля ячеек, имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэл в виде пуклевок, расположенных через 120 градусов друг от друга, при этом ячейки соединены между собой и ободом сваркой. В местах проходки НК сквозь ДР ячейки отсутствуют и установленные в каркас НК соединяются посредством контактной точечной сварки с окружающими их ячейками ДР. Особенностью данной конструкции является создание гарантированного натяга в местах проходки НК через ДР с целью обеспечения необходимой жесткости каркаса; при этом места контакта НК с ячейками ДР, окружающими НК, представляют собой линейные площадки поверхности ячейки минимальной ширины.

Данное техническое решение обладает следующими недостатками:

- при установке НК в каркас с натягом приходится прикладывать значительные усилия, которые требуют создания специальных сборочных стендов с силовой установкой;

- площадки контакта ячеек ДР с наружной поверхностью НК, имеющие незначительные размеры в поперечном направлении, ухудшают качество сварных соединений ячейка ДР-НК.

Сущность полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является разработка и создание усовершенствованной конструкции ТВС, удовлетворяющей требованиям безопасной эксплуатации и более технологичной в изготовлении.

Техническим результатом полезной модели является снижение продольных усилий при установке НК в каркас ТВС и повышение качества сварных соединений ячейка ДР-НК.

Данные технические результаты достигаются тем, что в тепловыделяющей сборке (ТВС) ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющий элементов (твэлов), головку, хвостовик, каркас, состоящий из пучка направляющих каналов (НК), расположенных по высоте ТВС и соединенных с НК дистанционирующих решеток (ДР), состоящих из обода и соединенных между собой ячеек с упругими элементами, в которых расположены твэлы, согласно полезной модели в местах проходки НК на гранях ячеек ДР, окружающих НК, выполнены выштамповки выпуклостями внутрь ячейки с геометрическим профилем в поперечном сечении эквивалентном профилю наружной поверхности НК.

Для НК круглого профиля выштамповки выполняются радиусом равным радиусу окружности наружной поверхности НК.

Отличительная особенность настоящей полезной модели состоит в следующем. В местах проходки НК через ДР отсутствуют ячейки ДР, а на окружающих НК ДР выполнены выштамповки с геометрическим профилем в поперечном сечении эквивалентном профилю наружной поверхности НК.

Перечень чертежей, поясняющих полезную модель

На фиг. 1 приведена принципиальная схема ТВС; на фиг. 2 показано поперечное сечение -A на фиг. 1, на котором изображено поперечное сечение ДР и проходящих сквозь ДР твэлов и НК; на фиг. 3 показан выносной элемент Б на фиг. 2 с местами контакта НК-ячейки ДР известной конструкции; на фиг. 4 показан выносной элемент В на фиг. 2 с местами контакта НК-ячейки ДР предлагаемой конструкции; на фиг.5 показано поперечное сечение ячеек ДР, окружающих НК, без выштамповки; на фиг.6 показано поперечное сечение ячеек ДР, окружающих НК, с выштамповкой.

Пример осуществления полезной модели

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (см. фиг. 1) содержит пучок твэлов 1, головку 2, хвостовик 3, каркас, состоящий из пучка НК 4 и ДР 5. Твэлы и НК проходят сквозь систему ДР, при этом нижние наконечники твэлов 1 крепятся в опорной плите хвостовика 3 посредством цангового соединения, а нижние наконечники НК 4 крепятся в опорной плите посредством сварки. Головка 2 устанавливается на торцы верхних концов НК 4, на которых закреплены посредством сварки втулки, входящие в соединение с цангами головки 2.

Твэлы 1, проходят сквозь ячейки 6 ДР 5 (см. фиг. 2) и фиксируются в них тремя опорами в виде упругих элементов - пуклевок, расположенных через 120 градусов друг от друга. В местах проходки НК 4 сквозь ДР 5 ячейки отсутствуют и НК соединяются посредством контактной точечной сварки с окружающими их ячейками 6 ДР (см. фиг. 2).

В известной конструкции (см. фиг. 3) контактирование ячейки 6 ДР с наружной поверхностью НК 4 осуществляется на линейной площадке поверхности ячейки минимальной ширины.

В предлагаемой конструкции (см. фиг. 4) контактирование ячейки 6 ДР с наружной поверхностью НК 4 осуществляется в месте выштамповки 7 на ячейке.

Для НК круглого профиля выштамповка 7 на ячейке 6 ДР (см. фиг. 6) выполняется радиусом равным радиусу окружности наружной поверхности НК.

Предлагаемая тепловыделяющая сборка работает следующим образом.

После установки ТВС в реактор, она поджимается верхней плитой реактора путем упора в торец головки 2. Затем усилие передается через пружинный блок головки 2, который поджимается на величину, рассчитанную таким образом, чтобы удержать ТВС от всплытия в потоке движущегося снизу теплоносителя, на НК 4 и далее на опорную плиту хвостовика 3, который входит в отверстие нижней плиты реактора.

ДР 5 соединены с НК 4 контактной точечной сваркой и образуют каркас, при этом нижние наконечники НК входят в опорную плиту хвостовика 3 и соединяются с ней посредством сварки.

Теплоноситель, поступая в ТВС через входное отверстие хвостовика 3, проходит через проливные отверстия опорной плиты и далее омывает твэлы пучка 1, нагреваясь за счет контакта с поверхностью твэлов. Твэлы, проходя сквозь ячейки ДР 5, за счет натягов, возникающих между упругими элементами - пуклевками ячеек и оболочкой твэл, надежно фиксируются в ДР от радиальных люфтов и крепятся наконечниками-цангами в опорной плите хвостовика 3.

Использование предлагаемой конструкции ТВС с ДР 5 с ячейками, имеющими дополнительные выштамповки в местах сопряжения с поверхностью НК 4, позволяет снизить продольные усилия при установке НК в каркас ТВС и упростить конструкцию стенда сборки каркасов; при этом из-за увеличения ширины контактной площадки повышается качество сварных соединений ячейка ДР-НК.

Изготовление настоящей конструкции может быть осуществлено на известном оборудовании с использованием стандартных технологий.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов (твэлов), головку, хвостовик, каркас, состоящий из пучка направляющих каналов (НК), расположенных по высоте ТВС и соединенных с НК дистанционирующих решеток (ДР), состоящих из обода и соединенных между собой ячеек с упругими элементами, в которых расположены твэлы, отличающаяся тем, что в местах проходки НК на гранях ячеек ДР, окружающих НК, выполнены выштамповки выпуклостями внутрь ячейки с геометрическим профилем в поперечном сечении, эквивалентном профилю наружной поверхности НК.

2. Сборка по п. 1, отличающаяся тем, что для НК круглого профиля выштамповки выполняются радиусом, равным радиусу окружности наружной поверхности НК.