CS227091A3

CS227091A3 - Grid with mixing wings for a nuclear fuel element

Info

Publication number: CS227091A3
Application number: CS912270A
Authority: CS
Inventors: Alain Verdier
Original assignee: Framatome Sa; Cogema
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1992-02-19
Also published as: DE69109011D1; CZ279788B6; KR100246111B1; EP0468871A1; JP3088142B2; FR2666678B1; ES2071945T3; CN1027107C; EP0468871B1; DE69109011T2; CN1058482A; JPH05307093A; FR2666678A1; ZA915798B; US5180548A; KR930003175A

Description

<·.· sr‘, '•i^W,;^·^' - - · '· ' ·'·-’-'·. i λ

(>"

I

I r>·, - i - ....._

MŘÍŽ S MÍSÍCÍMI KŘIDÉLKY PRO JADERNÝ PALIVOVÝ ČLÁNEK

Oblast techniky

Vynález řeší mříž s mísícími křidélky pro jadernýpalivový článek, jejíž funkce spočívá zejména ve zlep-šení promíchávání chladivá proudícího vzhůru článkem a ve vyrovnávání teploty uvnitř celého objemu článku.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé mísící mříže typu tvořeného alespoňdvěma sadami destiček vzájemně překřížených a pevněspojených v bodech překřížení, kterými jsou ohraničenybuňky určené k zavedení buďto pa 1 i vových‘tyč í , nebovodicích trubek, desky jsou přitom opatřeny křidélkypro promíchávání chladivá, která je prodlužují ve smě-ru proudu a jsou přitom orientována tak, aby chladivopříčně vychylovala z jeho převládajícího směru proudě-ní, každá z desek je vybavena opěrnými prvky vystupu-jícími směrem doynitř z každé ze stěn buněk určených pro zavedení palivových tyčí.

Vynález nachází zvlášť’významné použití v palivo-vých článcích, jejichž nosná konstrukce.zahrnuje vodi-cí trubky spojující dva koncové nástavce a navíc mísí-cí mříže výše uvedeného typu,· které se nepodílí na 5 13 uchycení tyčí (tj. na jejich fixování ve vertikální poloze). ježto tyto tyče drží alespoň jedna doplňkovámříž. Tato mříž je pro daný účel vybavena pružinami,vyříznutými v,deskách nebo na desky připevněnými, ur-čenými k přitlačování tyčí na opěrné prvky tvořenévýstupky nacházejícími se na protilehlé straně. Vývoj parametrů, reaktorů především k dosažení rychlejšího vyhoření a vyšších termohydrau1 ických vý-konů, vede k použití mříží odlišujících se od nosných, u nichž opěrné prvky ohraničují průchozí otvor většínež je rozměr tyčí, takže je usnadněno proudění chla-divá a zabráněno poškození pouzdra tyčí během jejich zavádění. Zmíněná velikost vůle je dostatečně malá, aby omezila vibrace tyčí na menší vychýlení, než je velikost výkmitu, který by mohl .způsobit poškozenípouzdra a narážení tyčí na promíchávací křidélka.

Tento vynález má především za cíl vyřešit mřížposledně uvedeného typu, v níž by se opěrné prvky po-dílely na vyrovnávání teploty uvnitř palivového článku a to bez nadměrných ztrát náboje.

Podstata vynálezu

Vynález řeší zejména mísící mříž, ve které jsou opěrné prvky v každé stěně, oddělující dvě vnitřníbuňky se zavedenými palivovými tyčemi, tvořeny dvěma úseky destičky vyříznutými a zformovanými do tvaru na-běračky, tyto úseky jsou navzájem situovány v odstupuve směru proudění chladivá, vystupují každý na opačnoustranu, takže je umožněn průchod chladivá z jednéz. buněk do druhé. Termín "vnitřní" označuje buňku,ohraničenou ze.všech stran deskami; v důsledku toho jepoužitelný pro všechny buňky v případě mříže opatřenéobvodovým pásem; nespadají pod· něj buňky okrajové,vyskytující se u mříže bez pásu.

Taková konstrukce je použitelná jak pro konstruk-ční mříže, podílející sena mechanickém stabilizovánísestavy článku a mající vnější obvodový' pás, jehoždélka ve směru proudění je ’ případně větší než délkaostatních destiček, tak pro mříže, které mají pouzetermohydraulickou funkci a nejsou opatřeny pásem.

Opěrné prvky ve tvaru naběračky mohou být vytvoře-ny zformováním přibližně polokruhovitých zón destiček a otvírat se buďto u okraje destičky nebo do štěrbinyvyříznuté do plechu destičky napříč ke směru proudění.Uvedená naběračkovitá vydutí mohou mít všeobecně tvarkomolého půlkužele. Obě naběračkovitá vydutí následu-jící po sobě v odstupu ve směru proudění chladivá mo-hou zaujímat pouze dílčí úsek nebo téměř celou šířkudestičky (totiž zabírat anebo ne celou výšku mříže). U jednoho výhodného způsobu provedení každéz křidélek neovlivňuje stav jinde než v pouze jediné »·' φ·.. ·« buňce mříže (tj. vybíhá pouze na jednu stranu od liniepřekřížení s druhou destičkou) a každá deska má nanej-výš jedno půlkřidélko v každém rohu buňky. Může tedy být výhodné buďto rozmístit naběračky v linii rovno-běžné s převládajícím směrem proudění v článku, avšakv odstupu od středu stěny buňky, anebo je umístitv linii, která je vzhledem k převládajícímu směruproudění zešikmená. Rozmístění křidélek pak může býtv tom případě takové, jak.je popsáno ve francouzskémpatentu č. 84 16803 (zveřejněn pod č. 2 572 837).

Vynález bude srozumitelnější po prostudování kon-krétních způsobů využití uvedených jako příklady, ni-koliv však vyčerpávající. V popise jsou odkazy nakresby, které přihlášku vynálezu doprovázejí, a na nichž: Přehled obrázků na výkresech - obrázek 1 je schematickým nárysem ukazujícímrozložení mříží v palivovém článku pro reaktor,s tla-kovou vodou; - obrázek 2 je schematickým nárysem rohového úseku mříže, jejíž struktura odpovídá jednomu konrét- nímu způsobu realizace vynálezu; - obrázek 3 je zvětšeným pohledem na mříž z ob-rázku 2 v řezu vedeném v linii III - III; '“·-· - ^f·;... ·,τνΐϊ;ά; -,j; - 5 - - obrázek 4 je pohledem v řezu vedeném v linii IV - IV vyznačené na obrázku 3; - obrázky 5 á 6, podobající se obrázkům 3 a 4,ukazují mříž podle jiného způsobu využití vynálezu,jejíž konstrukcí j'e omezováno vychyl ování/odklánění tyči od vertikály; - obrázek 5A, podobný obrázku 5, ukazuje jednu variantu realizace; - obrázky 7 a 8, podobné obrázkům 3 a 4, ukazují ještě jeden možný způsob realizace; - obrázek 9 je průřezovým zvětšeným pohledem ve-deným rovinou rovnoběžnou se stěnou jedné z vnitřníchbuněk, podle vynálezu realizovaného provedení koncovéčásti destičky přináležející k mříži napomáhající mí-šení, která je zhotovena bez obvodového pásu, podlekonkrétního způsobu realizace vynálezu; - obrázky 10 a 11 představují dva průřezové po-hledy vedené jednak v linii X-X vyznačené na obrázku 9, jednak ve směru F; - obrázky 12 a 13, podobné obrázkům 9a 10, uka-zují další variantu využití; Příklady provedeni vynálezu

Obrázek 1 ukazuje palivový článek, ve kterém mo-hou být použity mříže podle tohoto vynálezu. Uvedený palivový článek 10 zahrnuje nosnou konstrukci s dvěminástavci nebo koncovými dílci 12 a 14, které jsou spo-jeny vodícími trubkami 16 určenými pro příjem palivo-vých tyčí ovládacího uzlu, který není znázorněn. Člá-nek rovněž sestává z palivových tyčí 18, z nichž jezobrazena pouze jediná. Tyto tyče 18 jsou udržoványrozmístěné v uzlových bodech pravidelné sítě, přičemžjsou jim oporou mříže. Alespoň jedna z těchto mřížítyče 18 stabilizuje v podélném směru. Touto mříží můžebýt zejména spodní mříž 20, pevně spojená s vodícímitrubkami, která je pro daný účel vybavena pružinamipřitlačujícími palivové tyče na výčnělky, vytvořené namříži 20 buďto naříznutím a vytvarováním částí desek,z nichž sestává nebo připevněním vystupujících prvků.

Jako další mohou být použity jednak mříže 22 zeslitiny na bázi zirkonia zahrnující obvodový pás, jenžzlepšuje mechanickou pevnost článku, dále také mříže 24, jejichž funkce je výlučně termohydrau1 ická tj .

I spočívá v promíchávání a míšení chladivá, a eventuálně ještě i mříž 25, jež zůstává nezávislá na vodicíchtrubkách, avšak stabilizuje palivové tyče. Mříže 24 mají často menší délkový rozměr, než mříže 22 a/nebo postrádají obvodový pás. Mříže 24, jež slouží k pro-míchávání chladivá se obvykle v části ve směru proudě-ní, tj. v horní sekci palivového článku 10 střídají s konstrukčními mřížemi 22. '· ''· v.ί^./ρ/ζΑ.^-ί/'/Λ/λίΛ,^ννΫ,><·';Λ,\·.<'\'ν.^.··;·^'Λ-·’Λζ:.·.ΐί··Λ;·:.'·-'. ‘ ;<>- ' .' -·'jtei‘i--'?i-'“: ' * - - 7 - V případě palivového článku, v němž jsou palivovétyče 18 rozmístěny v uzlových bodech čtvercové sítě,,může být každá mříž sestavena běžným způsobem ukázanýmna obrázku 2. Taková mříž je tvořena dvěma sadami vzá-jemně se křížících desek přiřazovaných vždy k polovinědruhého deskového pásu a navzájem posvařovaných v bo-dech překřížení. Mříže 22, anebo alespoň ty z mříží,které jsou dále po proudu ve smyslu toku chladivá,jsou opatřeny křidélky 26 vyvolávajícími turbulenci nebo příčné proudění . Tato křidélka jsou řečena co do nejvýhodnějšího nastavení tak, aby se jejich účinek projevoval právě v jediné buňce mříže, jak je ukázánona obrázku 2 nebo ve francouzském patentu, o němž jsmese již zmiňovali. Každý z deskových pásů může být na-příklad opatřen křidélky 26 jednotně nakloněnými nastejnou stranu, rozloženými podél deskového pásuv pravidelných odstupech odpovídajících dvojnásobkurozměru jedné buňky, přičemž jsou orientovány od boduzkřížení deskových pásů vždy ke středu stěny sousední buňky .

Obvodový pás 28 je zpravidla tvořen čtyřmi vněj-šími propojenými deskami, které jsou opatřené jazýčky 30 a úhlovitě zahnuté, aby se zabránilo vzájemnému zaklesnutí do sebé dvou sousedních pa 1 ivových článků během ukládání jednoho z nich na místo. Vnitřní buňky,do kterých má být podle vynálezu zavedena vždy jedna Z.·'·“.

palivová tyč 18, mají na svých čtyřech stěnách opěrnéprvky vyčnívající směrem dovnitř buňky, čímž je vyme-zen průchod rozměrově přesahující průřez tyče. Zmíně-ného opěrného přizpůsobení na každé ze dvou stran des-ky přepažující dvě vnitřní buňky je dosaženo dvěmaúseky ve tvaru naběračky, v nichž byl plech naříznuta odpovídá jícně vylisován. V konkrétním případě dolo-ženém na obrázcích 3 a 4 jsou opěrné prostředky situo-vané v úseku desky sloužící jako přepážka dvou buněk vytvořeny dvěma částmi 28 a 30 vydutými do tvaru jako-by půlknoflíků o přibližně půlkruhovité základně,které jsou navzájem řazeny nad sebou ve směru prouděníchladivá, s oběma výdutěmi orientovanými vždy na opač-nou stranu a fungujícími coby naběračky. Obě naběračkymají stejné rozměry. Jejich polokruhovitá základna jeobrácena směrem k proudu. Naběračka 28 výáe po proudu je ohraničena štěrbinou 32 vyříznutou v desce. Návodní /níže po proudu situovaná/ naběračka 30 končí zářezemv desce tvarovaným níže proti proudu. Jak ukazuje ob-rázek 4, naběračka 28, umístěná výáe po proudu vystupu-je ve směru protilehlém k odklonění křidélka, které nese tabáž deska.

Způsob reálizace vynálezu, ukázaný na obrázcích5 a 6 se od předcházejícího liáí tím, že: - naběračka 28a umístěná výáe po směru proudu seotevírá v opačném směru vzhledem k naběračce 30a umis-

agaesÍgamaaBMB těné proti proudu a dosahuje až k horní hraně desky,která pak v sobě nemá. žádný zářez, - vzhledem k střední linii příčky jsou naběračky28a a 30a posunuty, aby se zabránilo tomu, že by spolunavzájem.konstrukčně kolidovaly křidélko 26 a naběrač- kovité vydutí 28a.

Obdobně jako v předcházejícím případě je naběrač-ka 28a nacházející se výše po proudu vydutá do strany ve směru opačném k směru odklonění křidélka 26. LI příkladu provedení zobrazeného na obr. 5Ά, jsounaběračky 28a a 30a naprosto shodné s naběračkami naobrázku 5, jsou však uspořádány ve směru linie 36,která je vzhledem k převládajícímu směru proudění ze-šikmená . U příkladu provedení zobrazeného na obrázcích7 a 8, jsou naběračky 28b a 30b navzájem vertikálněorientovány protilehle, navíc jsou vzhledem k dvojici znázorněné na obrázcích 5a 6 okraje naběračkových výstupků výstupků opačné. Otevírají se proti sobě a jsou odděleny výřezem 32b, který bude mít obecněvětší šířku, než je tomu v případě u obr. 3. Štěrbino-vý výřez 32b, namísto aby byl veden pravoúhlek k převládajícímu směru proudění, by mohl být veden šikmo, aby se u naběraček dosáhlo umístění relativně srovnatelného s jejich dispozicí na obrázku 5A.

Jak bylo uvedeno výše, vynález je použitelný rov-něž u mříží, které mají výlučně mísící, termohydrau- lickou funkci, a které nejsou opatřeny pásem. V tomtopřípadě je možno opatřit okrajové buňky opěrnými prvkypouze ve tvaru dílčích naběračkových vydutí. /omezené sférické sekce/

Obrázky 9 a 11 ukazují možné uspořádání opěrnýchprvků na mříži 24, která plní pouze termohydrauI ickoufunkci a nemá obvodový pás, jejíž desky nepřesahují zaposlední z desek, s níž se křižují, dále, než je nor-mální rozměr 40 vnitřní desky buňky. Toto zkrácení de-sek představuje výhodu, díky které se znemožní jakéko-liv zaháknutí mezi mřížemi pro termohydrau1 ické míšeníchladivá u dvou sousedících palivových článků., protožev rovině mřížky je zaplnění okrajového prostoru menší,než u vnějšího obvodu pal ivových tyčí 18. U příkladu provedení ž obrázků 9 až 11, zahrnujekoncová část jediné částečné naběračkovité vydutí28c, které je provedeno stejně jako naběračka 28b naobrázcích 7 a 8, ale vzhledem ke zkrácení destičky jeposunuto a useknuto. Uvedená část naběračkového vydutíje-orientována ve stejném směru jako křidélko 26, ta-kovým způsobem, že je znemožněno, aby palivová tyč 1 8přišla do kontaktu s křídlem. Bylo by rovněž možnéopatřit konec desky druhým dílčím naběračkovitým vydu-tím, podobným naběračce 30b z obrázků 7 a 8, odděleným - 11 - ? ί od naběračky 28c štěrbinou 32c. Avšak ve většině pří-padů naběračka směřující proti odklonění křidélka není ; nutná. Příklad provedení zobrazený na obrázcích 12 a 13se od předcháze j í c.ího 1 i ší t ím, že- je wnechána celákoncová část desky nacházející se normálně pod štěrbi- novým zářezem 32c . Namísto toho je deska o něco prod- loužená, než je tomu u verze na obrázku 9, a to tak. že naběračkové vydutí 28d je úplné /vytváří celý půlknof1ík/. Pro příklad lze uvést, že naběračkovité vydutí může dosahovat řádově velikosti výstupku 1,1 až 1,2 mma mít u základny, průměr řádově asi 7 mm v případě mří-že s čistě termohydrau1 ickou funkcí 10 mm. Naběračka může mít kruhovitý tvar komolého, kužele zakončeného ploškou o poloměru 1,5 až 2 mm. ςι '4

Claims

12 - PATENTOV i ~ ^-—» t- — . <ř

É NÁROKY ppizto-wv

1. Mříž s mísícími křidélky pro jaderný palivový člá-nek, zahrnující alespoň dvě sady destiček navzájempřekřížených a pevně spojených v bodech překřížení,ohraničujících buňky, kterými mají procházet buďtopalivové tyče nebo vodicí trubky, na destičkáchjsou křidélka (26) pro promíchávání chladivá prod-lužující destičky ve směru vzestupného proudění,zešikmená tak, že chladivo vzhledem k jeho převlá-dajícímu směru proudění příčně vychylují, každádestička je opatřena opěrnými prvky vystupujícími směrem dovnitř ze všech stěn u těch buněk, které jsou určeny k zavedení palivových tyčí, vymezující-mi větší průchozí otvor, než je rozměr tyčí, avšak dostatečně redukovaný, aby se zabránilo eventuální-mu kontaktu mezi tyčí obsaženou v buňce a křidélky,vyznačující se tím, že opěrnéprvky, sestávají v každé stěně, oddělující dvěvnitřní buňky zaplněné pal lvovými tyčemi, z dvou úseků desky, vyříznutých a vytažených do tvaru na-běračky (28, 28a, 28b, 28c), posunutých vůči sobě ve směru proudění chladivá, a vystupujících do na-vzájem opačných stran, takže je možné, aby chladivopřecházelo z jedné buňky do druhé.

,½ feSSW.;* ís$Wě&í 13 -

2. Mříž podle nároku 1, vyznačující set í m , že opěrné prvky ve tvaru naběračky jsoutvořeny vytlačením plechu destiček v přibližně půl-kruhovité zóně, a že se otevírají buďto na okrajidesky, nebo štěrbinou vyříznutou do desky příčně nasměr proudění chladivá.

3. Mříž podle -nároku 2, v y z - n a č u jí c í s e tím, že naběračkovitá vydutí mají obecně tvar komo1ého pů1 kůže 1e.

4. Mříž podle kteréhokoliv z předcházejících nároků,vyznačující se ,t í m , že naběračko-vi tá vydutí posunutá vůči sobě ve směru prouděníchladivá, zaujímají pouze část šířky desky. Mříž podle kteréhokoliv z předcházejících nároků 1 až .5, vyznačující se tím, že. dvě naběračkovitá vydutí (28,30) mají ve směru proudění polokruhovou základnu a dále tím, že na-běračkovité vydutí výše ve směru po proudu chladiváje ukončeno štěrbinou (32), vyříznutou v destičce, zatímco naběračkovité vydutí níže proti směru prou-dícího chladivá (30) končí vytvarovanou částí od zař-íznuté spodní hrany desky, přičemž naběračkovi tévydutí (28) z roviny desky vystupuje ve směru opač-ném k odklonění křidélka (26), které nese tatážstěna buňky. -r --.· '.-i ·” snsBeRaagsssmfflR '.'^•liTOrnL·,·.’Z #*;τ· ÍW”·». & ρ 14 -

6. Mříž podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5,vyznačující se tím, že naběračko— ) vité vydutí (28a) umístěné výše po proudu se oteví-rá v opačném směru vůči - naběračkovitému vydutí(30a) umístěnému níže po proudu a dosahuje až k zá-řezu výše po proudu na desce, přičemž toto naběrač-kovité vydutí výše po proudu vzhledem k rovině des-ky vystupuje ve směru opačném k odklonění křidélka (26), neseného stejnou stěnou buftky.

7. Mříž’ podle kteréhokoliv z nároků. 1 až .5,vyznačují,cí se tím, že dvě nabě- račkovitá vydutí (28b, 30b) se otevírají navzájem proti sobě a jsou oddělena štěrbinou (32b).

8. Mříž podle kteréhokoliv z předcházejících nároků,v y z n a č u jí cis e t í m, že nemá obvo-dový pás a dále tím, že délka desek je taková, žezaplňují prostor článku ne dále, néž sahá zakrytípalivových tyčí v článku přičemž stěny oddělujícíokrajové buftky jsou opatřeny opěrnými prvky-(28c,28d) vystupujícími z desky na opačnou stranuvzhledem ke směru odklonění křidélka (26) odpovída-jící buňky,· v:*-’