Перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Полезная модель относится к атомной технике, в частности, к конструкциям дистанционирующих и перемешивающих решеток тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

В перемешивающей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей обод и набор пересекающихся пластин с дефлекторами особенностью является то, что набор пластин, соединенный между собой и с ободом в местах пересечения, образует ячейки для прохода твэл и смежные с ними ячейки, внутрь которых отогнуты перемешивающие дефлекторы, выполненные в форме пластинчатых отклоняющих элементов.

Реализация предлагаемого технического решения в конструкциях ТВС позволяет увеличить мощность реакторных установок. 1 н.п., 10 ил.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к атомной технике, в частности, к конструкциям дистанционирующих и перемешивающих решеток тепловыделяющих сборок (ТВС) энергетических ядерных реакторов.

Уровень техники

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

Твэлы, как правило, закреплены в опорной плите хвостовика и имеют возможность температурного и радиационного расширения вдоль ТВС; при этом твэлы дистанционируются между собой за счет их упругого подпружинивания и фиксирования в ячейках дистанционирующих решеток (ДР), расположенных по длине ТВС.

Для достижения выравнивания энтальпии в активной зоне реактора между менее нагруженными и более нагруженными областями в конструкциях ТВС применяются устройства для перемешивания теплоносителя - перемешивающие решетки (ПР) с дефлекторами для турбулизации потока теплоносителя, являющиеся разновидностью ДР.

Известна дистанционирующая решетка, содержащая фиксирующие твэлы ячейки, между которыми образуются вторичные каналы, в которых

установлены два и более отклоняющих элемента, разнесенных по высоте, которые турбулизируют и направляют поток теплоносителя к твэлам (патент WO 9619811 A1, G21С 3/322, 27.06.96). Управляющие потоком отклоняющие элементы выполнены в виде дерева, ствол которого выполнен из прямоугольной пластины, а ветви из направляющих лопаток отходят от ствола на разных по высоте уровнях, обеспечивая перемешивание потока теплоносителя. Недостатком данной конструкции является возможность касания отклоняющих элементов с твэлами на высоте, превышающей высоту вторичного канала, а также сложность их изготовления и установки в решетке.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является конструкция перемешивающей и дистанционирующей решетки, разработанная для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, которая имеет управляющую потоком конструкцию, состоящую из ленточных элементов с устройством для турбулизации потока, внутрь которой устанавливается дистанционирующее устройство, состоящее из ячеек, в которых фиксируются твэлы (патент ЕР 0795177 B1, G21C 3/322, 25.08.99)

Управляющая потоком конструкция (перемешивающая решетка) содержит набор ленточных элементов (пластин), расположенных крестообразно, на торцах которых выполнены дефлекторы для турбулизации потока теплоносителя; при этом пластины закреплены на ободе перемешивающей решетки. Внутрь перемешивающей решетки установлено поле ячеек, предназначенное для дистанционирования твэл, и закрепленное на

ободе перемешивающей решетки.

Недостатком данного конструктивного решения является его повышенное гидравлическое сопротивление потоку теплоносителя, что не позволяет применять его в ТВС с повышенным энерговыделением.

Сущность изобретения

Технической задачей настоящей полезной модели является создание усовершенствованной перемешивающей решетки.

В результате решения данной задачи возможно получение новых технических результатов, заключающихся в возможности эффективного перемешивания теплоносителя и улучшения теплосъема с поверхности оболочек твэл, а значит в возможности внедрения усовершенствованных топливных циклов эксплуатации ТВС с высоким выгоранием топлива и увеличенной неравномерностью энерговыделения.

Данные технические результаты достигаются тем, что в перемешивающей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей обод и набор пересекающихся пластин с дефлекторами, особенностью является то, что набор пластин, соединенных между собой и с ободом в местах пересечения, образует ячейки для прохода твэл и смежные с ними ячейки, внутрь которых отогнуты перемешивающие дефлекторы, выполненные в форме пластинчатых отклоняющих элементов.

Отличительная особенность настоящей полезной модели состоит в том, что пластинчатые дефлекторы, выполненные на пластинах и предназначенные для перемешивания потока теплоносителя на выходе из перемешивающей

решетки, отогнуты внутрь ячеек, смежных с ячейками для свободного прохода твэлов, т.е. дефлекторы находятся в зоне, исключающей касание их с твэлами.

Перемешивающая решетка выполнена из набора пластин, которые имеют в местах пересечения пазы, позволяющие произвести сцепление пластин друг с другом; при этом с целью создания жесткости конструкции торцевые участки пластин соединены посредством сварки или пайки в местах пересечения пластин, а концы пластин перемешивающей решетки посредством сварки или пайки закреплены на гранях обода, образуя единую конструкцию.

Обод перемешивающей решетки представляет собой обечайку, внутри которой размещены пластины перемешивающей решетки.

Целесообразно с целью повышения технологичности изготовления перемешивающей решетки обод выполнить из шести отдельных секторов.

Целесообразно для повышения турбулизации потока теплоносителя в ободе на каждой его грани выполнить дефлекторы, отогнутые внутрь ячеек, смежных с ячейками для прохода твэл.

Целесообразно дефлекторы выполнить трапецеидальной формы.

Целесообразно в одном ободе ниже перемешивающей решетки, для дистанционирования твэл, установить поле ячеек, имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэл в виде пуклевок, расположенных через 120 градусов друг от друга, образованных штамповкой на гранях шестигранника внутрь ячейки; при этом ячейки соединены между собой и

с ободом посредством сварки или пайки.

Целесообразно для улучшения теплообмена между соседними ТВС на каждой грани обода между пластинами перемешивающей решетки и полем ячеек выполнить пазы для прохода теплоносителя.

Предлагаемое техническое решение поясняется графически

На фиг.1 приведена принципиальная схема ПР, на фиг.2 показан выносной элемент А ПР на фиг.1, на фиг.3 показано поперечное сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.4 показана ПР с дефлекторами трапециидальной формы, на фиг.5 показан шестигранный обод, на фиг.6 показан обод с перемешивающими дефлекторами, на фиг.7 показан обод, выполненный из шести секторов, на фиг.8 показана ПР с установленным в едином ободе полем ячеек для дистанционирования твэл, на фиг.9 показано поле ячеек, на фиг.10 показан обод с пазами.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого технического решения

Перемешивающая решетка (ПР) (см. фиг.1) содержит шестигранный обод 1, внутри которого размещены пластины 2 перемешивающей решетки.

Пластины 2 (см. фиг.2) перемешивающей решетки образуют ячейки 3 для свободного прохода твэл и смежные с ними ячейки 4, внутрь которых отогнуты дефлекторы 5. Пластины 2 (см. фиг.3) имеют в местах пересечения пазы 6, позволяющие производить сцепление пластин друг с другом; при этом торцевые участки пластин 2 в местах их пересечения

соединены посредством сварки или пайки. Целесообразно (см. фиг.4) дефлекторы 5 выполнить трапециидальной формы.

Концы пластин 2 ПР (см. фиг.2) соединены посредством сварки или пайки с гранями обода 1.

Обод 1 предствляет собой обечайку (см. фиг.5), имеющую шесть граней 7.

Для повышения турбулизации потока теплоносителя (см. фиг.6) на верхних торцах граней 7 обода могут быть выполнены перемешивающие дефлекторы 5.

Для повышения технологичности (см. фиг.7) обод может быть выполнен из шести отдельных секторов 8.

Целесообразно (см. фиг.8) в одном ободе 1 ниже пластин 2 перемешивающей решетки установить для дистанционирования твэл поле ячеек 9.

Ячейки 9 (см. фиг.9) могут иметь шестигранную форму с тремя опорами 10 для твэл в виде пуклевок.

Для улучшения теплообмена на каждой грани 7 обода (см. фиг.10) могут быть выполнены пазы 11.

Предлагаемая ПР, установленная в ТВС, работает следующим образом:

В ТВС основным функциональным элементом конструкции является пучок твэл, который фиксируется в ячейках дистанционирующих решеток (ДР), расположенных по длине ТВС; при этом ДР соединяются

между собой конструктивными элементами, например, уголковыми профилями, образуя каркас.

С целью более эффективного перемешивания теплоносителя и улучшения теплосъема с поверхности оболочек твэл в пролетах между ДР устанавливаются ПР, которые фиксируются в каркасе ТВС, например, путем приварки ободов 1 к угловым профилям; при этом твэлы свободно проходят сквозь ячейки 3 ПР. Теплоноситель проходит через свободное пространство ячеек 3, охлаждая твэлы, а также через ячейки 4; при этом в ячейках 4 теплоноситель отклоняется дефлекторами 5 и на выходе из ПР перемешивается с теплоносителем из соседних ячеек 3, тем самым происходит выравнивание энтальпии между соседними областями теплоносителя, проходящего через ТВС.

Использование предлагаемой конструкции перемешивающей решетки позволяет за счет изменения величины и количества дефлекторов регулировать гидравлическое сопротивление ПР и в зависимости от расположения ПР в ТВС выравнивать энтальпию различных областей активной зоны реактора.

Реализация предлагаемого технического решения в конструкциях ТВС позволяет увеличить мощность реакторных установок.

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

1. Перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая обод и набор пересекающихся пластин с дефлекторами, отличающаяся тем, что набор пластин, соединенный между собой и с ободом в местах пересечения, образует ячейки для прохода твэл и смежные с ними ячейки, внутрь которых отогнуты перемешивающие дефлекторы, выполненные в форме пластинчатых отклоняющих элементов.

2. Перемешивающая решетка по п.1, отличающаяся тем, что перемешивающие дефлекторы выполнены трапециидальной формы.

3. Перемешивающая решетка по п.1, отличающаяся тем, что на гранях обода выполнены перемешивающие дефлекторы, отогнутые внутрь ячеек, смежных с ячейками для прохода твэл.

4. Перемешивающая решетка по п.1, отличающаяся тем, что обод выполнен в виде шести отдельных секторов.

5. Перемешивающая решетка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что в одном ободе ниже перемешивающей решетки установлено поле ячеек, имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэл в виде пуклевок, расположенных через 120 градусов друг от друга, образованных штамповкой на гранях шестигранника внутрь ячейки; при этом ячейки соединены между собой и с ободом.

6. Перемешивающая решетка по п.5, отличающаяся тем, что в ободе на каждой грани выполнен паз, расположенный между пластинами перемешивающей решетки и полем ячеек.