CN111095431A - 核反应堆燃料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核动力，即堆燃料组件。目前，核反应堆燃料组件有防碎屑过滤器。此外，已知的防碎屑过滤器的设计对于弯曲异物具有相当高的效率，但对于厚度小于2毫米的任何长度的直杆和扁平异物实际上并不有效。本发明的目的是在保持燃料组件的液压阻力处于相同水平的同时，提高防碎屑过滤器的效率。本发明的技术成果是通过改进防碎屑过滤器的设计，提高核反应堆燃料组件的可靠性和性能。这一技术成果是，核反应堆燃料组件包括一个头部、一束燃料棒、间隔栅和一个用于捕获异物的防碎屑过滤器。防碎屑过滤器安装在燃料组件的柄部，并以位于柄部横截面上的一组直线板的形式制造。上部和下部组板位于燃料组件的纵轴的角度，并通过平行于燃料组件纵向轴线的中间组板与沿矩形截面的通道的燃料组件的纵向轴线的形成连接为冷却液通道。此外，由上、中板组形成的通道位于燃料组件的纵轴的角度0°到15°。由中、下板组成的通道位于燃料组件的纵轴的角15到25°，倾角与上、中两组板块形成的河道的倾角相反。上下板组位于燃料组件的纵轴上，其间隙为。由上、中板组形成的通道相对于垂直于燃料组件纵向轴线方向的中、下板组形成的通道偏移。
Description
技术领域
本发明属于核动力，即堆燃料组件。
背景技术
核反应堆VVER-440、VVER-1000燃料组件的现有技术设计(见P.L.基里洛夫(Kirillov)等人)。热工水力计算手册(核反应堆，热交换器，蒸汽发生器)。资料:Energoatomizdat，1990年，图P.8.1、P.8.3和P.8.5，第317-319页)，其中包括一束燃料棒1，位于三角形网格上，固定在下部支撑网格7中，并通过安装在中央管道9上的间隔网格2互连。在具有刚性框架、水-水动力反应堆-1000的替代设计的燃料组件(VVER-1000TVSA)中，间隔格架也通过螺钉6连接到螺杆4的拐角3上。在燃料组件TVS-2M中，间隔格架连接到导槽8上。在所有燃料组件的设计中，都有一个头部5，用于提供燃料组件的装载和卸载。
已知核反应堆燃料组件(见专利US20090092217，1996年5月29日，G21C3/322)，包含一个头部、一个柄、一束燃料棒，位于一个方形网格上，安装在一个支撑网格上，并通过间隔网格互连，在头部有一个过滤器，设计用于防止燃料组件的结构元件进入，例如，在燃料棒束中发生破坏和脱落时，间隔栅的因科镍合金插入件。
该过滤器的功能类似于水-水动力反应堆VVER-440工作盒的挡泥板格栅的功能(见2008年4月24日的专利RU2364962，G21C3/00)，也设计用于在假设的破坏情况下扣留燃料组件结构元件的碎片。
然而，工作盒具有盖，并且在这种情况下存在挡板网将燃料组件的碎片分离到反应堆回路中，并且对于没有盖的燃料组件，它们有可能通过燃料组件之间的间隙从燃料棒进入反应堆回路。这使得燃料组件的设计复杂化，从实际效果来看是不合理的。
同时，已知燃料组件中的过滤器不能在燃料组件入口处滞留异物(与燃料组件的结构元件无关)，如实践所示，异物存在于冷却剂中，并可能在操作过程中导致燃料组件的结构元件损坏(例如，燃料棒的包层)。
在VVER-440核反应堆的工作盒里，六边形支撑网格有126个圆孔用于安装燃料棒，一个中心孔用于安装中心管，102个孔以“哑铃”的形式用于冷却液流动，12个最小直径为5.9毫米的孔，以及沿冷却液管道轮廓支撑格的半开孔。“哑铃”型孔由两个最小半径为2.95毫米的孔组成，由一个最小宽度为5毫米的孔连接。用于安装燃料棒和中心管的孔直径为5+0.1毫米，沿六角托架下格栅的每侧轮廓有七个燃料棒下塞孔(见B.D.杰缅季叶夫(Dementiev)核电反应堆)。资料:Energoatomizdat，1990年，第31-35页)。VVER-440核反应堆的支承网格RK-3(无壳第三代燃料组件)有额外的圆孔，用于安装支承管。
类似的设计有VVER-1000核反应堆燃料组件的下部支承网格，该支承网格还具有用于安装导槽的圆孔。
从功能上讲，下格架是一个支撑力元件，在运输和技术操作过程中固定燃料棒束，在VVER-1000核反应堆燃料组件中，它还使用导槽提供燃料组件的装载和卸载。
已知的承重格栅的一个显著缺点是能够随着冷却剂的流动通过大尺寸的异物。例如，标准载体下格的大宽度和大长度的浇注孔允许直径高达6.3毫米的异物进入燃料棒束，宽度高达13.4毫米，厚度高达5.2毫米的异物进入燃料棒束。带有圆形浇铸孔的载体网格和TVS-2M用的甘菊载体网格也不具备所需的防碎屑性能，并将长圆柱形异物分别传递到7.18毫米和6.63毫米的横向尺寸。
实验研究已经证实，现有的载体光栅结构具有将任意形状的异物滞留的效率为50-60％，实践表明，由于燃料棒包层的减压是故障总数的56％。
在这方面，有必要为燃料组件配备额外的防碎屑过滤器，以便在安装在燃料组件柄部的冷却液中截留异物。
目前，核反应堆燃料组件有防碎屑过滤器。
在VVER-1000核反应堆TVS-2M工程中，研制了一种防碎屑过滤器，它由12块穿孔板组成，在复杂的空间结构中采用附加肋相互成一定角度安装，而焊缝长度大则降低了焊接接头的可靠性。
也有人建议在标准轴承下格栅上安装额外的1.5-2毫米丝杆，焊接到浇注孔区域的格栅下表面，这在大规模生产中几乎不可能实现。
这些防碎屑过滤器的设计在开放式股份公司(OAO)“ENITS”进行了研究，结果发表在第七届国际科学技术会“核能的安全、效率和经济性”上，莫斯科，2010年5月26日至27日，报告“VVER-1000盒式磁带去碎片过滤器效率的试验研究”。
OAO“ENITS”对各种防碎屑过滤器设计的对比研究表明，防杂物过滤器TVS-2M的异物扣除率为77.9％，防杂物过滤器TVSA的异物扣除率为79.1％，即提高到近80％。
然而，与此同时，燃料组件进口部分的冷却剂压降比支撑下炉排的压降增加了1.45-1.65倍。
燃料组件的已知设计(见1996年2月1日的美国专利5481578，G21C3/31)，其过滤器是沿冷却剂流安装的小直径穿孔衬套场，而衬套穿孔与流体垂直。衬套固定在两个穿孔板之间。从功能上讲，通过改变冷却液的流动方向并组织冷却液通过衬套上的小孔来捕获异物。这种设计的缺点是与大量小零件(衬套)的存在相关联的制造的复杂性和它们的穿孔的需要。这种设计将具有显著的水力阻力，因为通过过滤器时的流量两次改变其方向90°。
燃料组件的已知设计(1999年2月2日的美国专利5867551，G21C3/30)，其中过滤器在结构上执行底板的功能，并且是波形板。在板波中有两种类型的凹槽：十字形和分为4个扇形的圆形。这种设计的缺点包括制造板的技术复杂度，该板具有复杂的空间形状，因为“波”不穿过板的整个横截面，而是形成槽的局部峰值和槽。
一种已知的带过滤器的燃料组件(1996年12月20日的专利WO98/28752，G21C3/32)，它是一个带有圆柱形开口的板。为解决通孔堵塞问题，在本次设计中沿成排的孔制作了锥形的非通孔槽，可“捕捉”部分孔。如果异物进入这样一个凹槽，它将倾向于凹槽的中心，释放圆柱孔的面积，而不会减少流动面积。
这种设计的缺点是，为了提高过滤器的效率(收集较小颗粒的能力)，孔的直径应较小。通过减小通孔的直径，燃油组件的液压阻力增加。
所有已知的过滤器设计的缺点是它们不能通过机械加工制造，因为它们具有窄槽、小直径孔、在它们之间的较薄的跳线，这导致其制造的高复杂性。
拟议燃料组件最接近的类似物是核反应堆燃料组件，其中包含5个顶盖、一束燃料棒和8个导槽、2个间隔栅、安装在活塞杆中的4个防碎屑过滤器，该过滤器是一个穿孔板，孔的形状为V形槽(RU2264666，2004年1月16日，G21C3/30)。
这种防碎屑过滤器的缺点是体积小，从0.3到0.6毫米，孔间跳线的厚度为6到8毫米。
采用电蚀法和水射流切割法制造这种防碎屑过滤器，劳动成本高。
此外，已知的防碎屑过滤器的设计对于弯曲异物具有相当高的效率，但对于厚度小于2毫米的任何长度的大宽度直杆和扁平异物实际上并不有效。
发明内容
本发明的目的是在保持燃料组件的液压阻力处于相同水平的同时，提高防碎屑过滤器的效率。
本发明的技术成果是通过改进防碎屑过滤器的设计，提高核反应堆燃料组件的可靠性和性能。
这一技术成果是，核反应堆燃料组件包括5个头部、一束燃料棒1、间隔栅2和用于捕获异物的防碎屑过滤器10。防碎屑过滤器安装在燃料组件的柄部，并以位于柄部横截面上的一组直线板的形式制造。
附图说明
本发明以附图说明。
图1显示了核反应堆燃料组件。
图2显示了燃料组件的圆形防碎屑过滤器(俯视图)。
图3显示了燃料组件菱形(顶视图)的防碎屑过滤器。
图4显示了燃料组件的方形防碎屑过滤器(俯视图)。
图5显示了燃料组件防碎屑过滤器的结构。
图6显示了燃料组件防碎屑过滤器上部的板。
图7显示了燃料组件防碎屑过滤器中部的板。
图8中示了燃料组件防碎屑过滤器下部的板。
该防碎屑过滤器由三组板组成：上组板带下槽18，中间组板带双边斜槽19，下组板带上槽20，形成冷却液流动通道16-17。
具体实施方式
上部13和下部15组板位于燃料组件11的纵轴的角度，并通过平行于燃料组件纵向轴线的中间14组板与沿矩形截面的通道16-17的燃料组件的纵向轴线的形成连接为冷却液通道。此外，由上、中板组形成的通道位于燃料组件的纵轴的角度23，包括0°到15°。由中、下板组成的通道位于燃料组件的纵轴的24角，包括15到25°，倾角与上、中两组板块形成的河道的倾角相反。
上下板组位于燃料组件11的纵轴上，其间隙为21。
由上、中板组形成的通道相对于垂直于燃料组件纵向轴线方向的中、下板组形成的通道偏移。
防碎屑过滤器10可以安装在活塞杆进口或冷却液出口处的活塞杆横截面上。
冷却液通道的横截面为矩形，高度为2到3毫米，宽度是7到10毫米。
河道剖面呈折线状，防碎屑过滤器总高度为10到15毫米。
由上、中板组形成并位于燃料组件纵轴0到15°角的防碎屑过滤器中的通道和由中、下板组成的通道，位于燃料组件纵轴的15到25°夹角上，其斜度与上、中板组形成的通道倾斜相反,上、下板沿燃料组件的纵向轴线的位置，其间隙和通道偏移由上、中板组形成，相对于在燃料组件的纵向轴线垂直的方向上由中、下板组形成的通道；提供了外部直线物体的过滤，这些物体通过冷却液流12进入过滤器通道，然后在通道中旋转。
这种防碎屑过滤器的设计提高了对任何长度小于2毫米的直线杆和扁平物体的防异物效率。
此外，在冷却剂流出口处的过滤通道的布置与燃料组件的纵向轴线的角度较小，导致在防碎屑过滤器出口处的冷却剂流向燃料组件的纵向轴线的方向，从而降低了液压阻力系数，燃料组件下部和燃料棒束中的振动和液压负载。
防碎屑过滤器板的厚度为0.5到1.0毫米。这两块板是“槽中槽”相互连接的。为了增加接头的强度和防碎屑过滤器元件的刚度，可以将板焊接在一起，也可以通过激光、电子束或氩弧焊将板与边缘22焊接在一起。
该过滤器采用现代数字化可批量生产的高性能气体激光切割技术，采用X18H10T不锈钢制造。此外，这种防碎屑过滤器可以使用添加剂技术由不锈钢制成。
Claims (3)
1.一种核反应堆燃料组件，包括一个头部、一束燃料棒、间隔栅、一个安装在柄部的防碎屑过滤器，其特征在于，所述防碎屑过滤器以位于所述柄部横截面上的一组直线板的形式制成，板的上、下组与燃料组件的纵向轴线成一定角度，并通过平行于燃料组件的纵向轴线的中间板组与沿矩形截面的燃料组件通道的纵轴形成的中间板连接。上、中板组形成的通道与燃料组件的纵向轴线成0到15°角，由中、下板形成的通道与燃料组件的纵轴呈15到25°角，倾斜方向与通道倾斜相反，由中上层板块组成，上、下两个板组位于燃料组件的纵向轴线上，并有一个间隙，由上、中板组形成的通道相对于与燃料组件纵向轴线垂直的板的中下部组形成的通道移位。
2.根据权利要求1所述的核反应堆燃料组件，其特征在于，所述防碎屑过滤器是采用气体激光切割不锈钢制成的。
3.根据权利要求1所述的核反应堆燃料组件，其特征在于，所述防碎屑过滤器采用添加剂技术，由不锈钢制成。
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