CZ304748B6

CZ304748B6 - Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru

Info

Publication number: CZ304748B6
Application number: CZ2002-2564A
Authority: CZ
Inventors: Valery Alexeevich Mezhuev; Albert Konstantinovich Panjushkin; Gennady Grigorievich Potoskaev; Vladimir Sergeevich Kurskov; Jury Anatolievich Aleshin; Alexandr Viktorovich Ivanov; Jury Nikolaevich Kiselev; Gennady Alexandrovich Simakov; Evgeny Glebovich Bek; Oleg Borisovich Samoilov; Vadim Ivanovich Kurylev
Original assignee: Otkrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Mashinostroitelny Zavod"
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2014-09-24
Also published as: RU2177650C2; CN1190797C; WO2001056039A1; BG64430B1; UA56368C2; CN1425181A; BG106957A; CZ20022564A3

Abstract

Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru zahrnuje distanční mříže (1, 11) uspořádané podél palivové sestavy a použité pro hexagonální svazek palivových článků (2), nosné členy ve formě úhelníkových desek připevněných k distančním mřížím (1, 11) a zadní části palivové sestavy a vodicí trubice (5) probíhající skrze část článků v distančních deskách (1, 11). Dále zahrnuje objímky (8), které jsou připevněny na vodicích trubicích (5) se zaručenou vůlí ne vyšší než 1,5 mm vzhledem ke koncovým povrchům distančních mříží (1, 11), přičemž tyto objímky (8) mají v půdorysné rovině průřez, jehož velikost přesahuje vepsaný průměr článků, přičemž objímky (8) spodní distanční mříže (11) jsou připevněny při spodní straně spodní distanční mříže (11) a objímky (8) zbývajících distančních mříží (1) jsou připevněny při vrchních stranách těchto distančních mříží (1).

Description

Vynález se týká jaderné techniky a technologie a může se použít při navrhování a výrobě palivových sestav pro vodou-moderované jaderné energetické reaktory, zejména pro reaktory typu VVER-1000.

Dosavadní stav techniky

Jednou z hlavních funkcí palivových sestav je připevnění palivových článků a odsazení palivových článků jeden od druhého. Při sestavování palivových sestav se připevňují jednotlivé palivové články, přičemž je nutné zajistit požadovanou vůli mezi palivovými články kvůli poskytnutí možnosti jejich tepelné roztažnosti v průběhu jejich ohřívání za libovolných specifických provozních podmínek. Palivové články musí být vzájemně odsazeny tak, aby se jejich vnější pláště nepoškodily kvůli jejich vzájemnému tření vyvolanému vibracemi způsobenými pohybem chladivá. Kromě toho, palivová sestava napomáhá ktomu, aby se proud chladivá vedl v jádře reaktoru. Tyče palivových článků jsou připevněny z jedné strany ke koncovým dílům, které obecně představují mříže s otvoiy pro konce palivových článků a pro průchod chladivá, přičemž uspořádání těchto otvorů odpovídá uspořádání palivových článků při pohledu na průřez palivové sestavy.

Distanční mříže uspořádané podél palivové sestavy poskytují specifické odsazení mezi palivovými články. Jsou dostupné různé typy těchto mříží, avšak všechny tyto mříže zahrnují odsazené články spojené do jedné jediné konstrukce, uvnitř které palivové články jsou připevněny pružinovými členy nebo nehybným uložením na distančních výstupcích článku.

V závislosti na typu reaktoru svazky palivových článků mohou být vloženy do pláště, který tvoří vedení pro chladivo, nebo mohou být připevněny v reaktoru bez pláště. V reaktorech s tlakovými kanálky, ve kterých vedení chladívaje tvořeno tlakovými kanálky, palivové sestavy jsou vytvořeny bez pláště. V plášťových vodou-moderovaných reaktorech palivové sestavy rovněž nutně nemají plášť.

Konstrukce palivové sestavy jaderného energetického reaktoru je známá a tato palivová sestava zahrnuje svazek palivových článků, jehož průřez má tvar šestiúhelníku a je připevněn v distančních mřížích uspořádaných podél palivové sestavy, čelní a zadní části spojené vnějším krytem, jehož průřez má tvar šestiúhelníku (Kramerov A. Ya., Problems of designing nuclear reactors M., Atomizdat, 1991, str. 198).

Kryt poskytuje žádoucí pevnost a tuhost palivové sestavy. Avšak tento kryt zavádí do jádra reaktoru dodatečnou hmotu kovu a zvyšuje tepelnou zátěž palivových článků nuceným zvětšením odsazení mezi palivovými sestavami v důsledku ponechání nižšího množství palivových článků na jednotku objemu. Kromě toho tento kryt zvyšuje nerovnoměrnost energie uvolněné v průřezu palivové sestavy.

Je známá palivová sestava, ve které jsou v krytu vytvořeny otvory, které jsou uspořádány podél délky a šířky čelní strany, nebo okna podél délky čelní strany krytu (FR 2606200, G 21 C 3/30, 1988). Přítomnost otvorů nebo oken v čelních stranách krytu podstatně snižuje množství dodatečné hmoty kovu zavedeného do jádra reaktoru, avšak neomezuje lineární tepelnou zátěž palivových článků a nerovnoměrnost uvolněné energie se dokonce zvyšuje, což vede k vysoké tepelné deformaci palivové sestavy.

- 1 CZ 304748 B6

Je rovněž známá palivová sestava, která nemá kryt a čelní a zadní části jsou spojeny vodícími kanálky, které probíhají skrze články distančních mříží (Kramerov A. Ya. Problems of designing nuclear reactors M., Atomizdat, 1971, str. 204).

Nepřítomnost dodatečné hmoty kovu umožňuje zmenšit odsazení palivových sestav, což snižuje nerovnoměrnost uvolněné energie v průřezu palivové sestavy a lineární zátěže palivových článků. Avšak absence krytu vede ke značnému snížení pevnosti palivové sestavy a odchýlení od žádoucí geometrie palivové sestavy v průběhu opravy. Při působení vzestupného proudění chladivá dochází ke zkřivení vodicích kanálků a posunutí distančních mříží, což má za následek deformaci palivových článků a změnu jejich odsazení v palivové sestavě. Výše uvedené skutečnosti svědčí o nepřiměřené nízké pevnosti a stabilitě této konstrukce palivové sestavy, která podstatně snižuje bezpečnost jaderného reaktoru.

Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru zahrnující distanční mříže uspořádané podél palivové sestavy a použité pro hexagonální svazek palivových článků, nosné členy ve formě úhelníkových desek připevněných k distančním mřížím a zadní části palivové sestavy, a vodicí kanálky probíhající skrze část palivových článků v distančních mřížích se nejvíce podobá palivové sestavě popsané v dokumentech RU 2093906,G21 C 3/30,1997.

Nosné členy vyrobené ve formě úhelníkových desek podstatně zvyšují pevnost a tuhost palivové sestavy v důsledku vytvoření konstrukce podobné krabici a nezavádějí značné množství kovu do jádra.

Avšak zatímco úhelníkové desky zvyšují pevnost a tuhost palivové sestavy jako celku, tyto desky neposkytují dostatečnou pevnost ve středové oblasti palivové sestavy, zejména v distančních mřížích. Středové oblasti distančních mřížích jsou vystaveny výše uvedenému deformačnímu účinku vzestupného proudění chladivá tak, že se středové oblasti nedostatečně připevněných distančních mřížích, deformují při působení proudění chladivá.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vytvoření palivové sestavy vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru, který má zlepšenou spolehlivost, pevnost a tuhost.

Řešení tohoto cíle může vést k novým technickým výsledkům, které zahrnují snížení deformace distančních mříží a palivových článků v průběhu jejich vzájemného působení, zvýšení rozsahu rovnoměrné distribuce mechanické zátěže mezi komponentami a členy konstrukce a omezení tvarových variací celé palivové sestavy a samostatných členů palivové sestavy.

Tyto technické výsledky jsou dosaženy tím, že palivová sestava vodou moderovaného jaderného energetického reaktoru zahrnuje distanční mříže uspořádané podél palivové sestavy a použité pro hexagonální svazek palivových článků, nosné členy ve formě úhelníkových desek připevněných k distančním mřížím a zadní části palivové sestavy, a vodicí trubice probíhající skrze část článků v distančních mřížích, přičemž palivová sestava dále zahrnuje objímky připevněné na alespoň části vodicích trubic se zaručenou vůlí nepřesahující 1,5 mm vzhledem ke koncovým povrchům distančních desek. Tyto objímky mají v půdorysném pohledu průřez, jehož velikost přesahuje vepsaný průměr článků. Objímky sdružené se spodní distanční mříží jsou připevněny při spodní straně této distanční mříže. Objímky sdružené se zbývajícími distančními mřížemi jsou připevněny při vrchní straně těchto distančních mříží.

Charakteristické znaky vynálezu spočívají v následujícím. Přítomnost objímek na alespoň části vodicích trubic působících jako nosiče distančních mříží značně snižuje tvarové variace distančních mříží. K tomuto účelu objímky musí být připevněny k vodicím trubicím tak, že vodicí trubice přijímají mechanickou zátěž generovanou v distančních mřížích. Objímky působí jako nosiče

-2CZ 304748 B6 pro distanční mříže za předpokladu, že velikost průřezu objímek v půdorysné rovině je větší, než je vepsaný průměr článků. Objímky by jinak přišly do kontaktu s dutinou článku a článek by mohl překrývat objímku.

Objímky musí být připevněny se zaručenou vůlí vzhledem ke koncovým povrchům distančních mříží, poněvadž při jejich pevném připevnění ke koncovým povrchům distančních mříží by se vytvořil staticky neurčitý systém, ve kterém by se mohly vyskytnout koncentrace značného napětí.

Předpokládá se, že zaručená vůle mezi objímkami a koncovými povrchy distančních mříží, která má minimální hodnotu rovnou nule, vede ke specifickému typu jasně definované interakce mezi objímkami a distančními mřížemi, což umožňuje dosáhnout rovnoměrnější redistribuci napětí, která vznikají v členech palivové sestavy, a vytvořit pevnější rám palivové sestavy. Experimentálně se zjistilo, že tato vůle by neměla být vyšší než 1,5 mm, poněvadž jinak by docházelo k nepřípustné deformaci distančních mříží.

Je rovněž důležité, že objímky, že objímky sdružené se spodní distanční mříží jsou připevněny při spodní straně této distanční mříže, poněvadž tato spodní distanční mříž je v průběhu opětovného zavádění palivové sestavy vystavena nejvážnější deformaci, poněvadž přijímá celou hmotnost palivových článků. Přítomnost objímek při spodní straně spodní distanční mříže zamezuje deformaci této distanční mříže v průběhu opětovného zavádění palivové sestavy, přičemž napětí vznikající v členech konstrukce se rovnoměrněji opětovně distribuuje mezi komponenty palivové sestavy.

Kromě toho, objímky mohou mít mezery a prstenec, jehož průměr je větší, než vepsaný průměr článku v distanční mříži.

Je rovněž výhodné připevnit pomocné objímky na alespoň část vodicích trubic při stranách distančních mříží, které jsou opačné ke stranám, při kterých jsou připevněny hlavní objímky. V tomto případě součet hodnoty vůle mezi hlavní objímkou a koncovým povrchem příslušné distanční mříže a hodnoty vůle mezi pomocnou objímkou tvořící s uvedenou hlavní objímkou dvojici a koncovým povrchem uvedené distanční mříže by neměl být vyšší než 1,5 mm.

Přehled obrázků na výkresech

Za účelem lepšího pochopení vynálezu je v následující části této přihlášky vynálezu uveden popis příkladů provedení vynálezu, ve kterém jsou činěny odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje celkový pohled na palivovou sestavu, obr. 2 zobrazuje pohled na část podélného řezu palivovou sestavou, a obr. 3 zobrazuje pohled na část příčného řezu palivovou sestavou, a obr. 4 zobrazuje celkový pohled na objímku.

Příklady provedení vynálezu

Palivová sestava zahrnuje distanční mříže i uspořádané podél palivové sestavy a použité pro hexagonální svazek palivových článků 2. Distanční mříže £ mohou být vyrobeny ze slitiny zirkonia. Celní část 3 a zadní část 4 palivové sestavy jsou vyrobeny z nerezavějící oceli a spojeny vodícími trubicemi 5 vyrobenými ze slitiny zirkonia. Čelní část 3 palivové sestavy je pružně zatížena vzhledem k vodicím trubicím 5. V rozích palivové sestavy jsou připevněny nosné členy ve

-3 CZ 304748 B6 formě úhelníkových desek 7, které probíhají podél délky palivové sestavy od zadní části 4 k vrchní distanční mříži 6. Úhelníkové desky 7 mohou být vyrobeny ze slitiny zirkonia, která je schopna snášet radiaci. Úhelníkové desky 7 jsou připevněny, např. svarovým spojem, k distančním mřížím i a připevněny, např. šrouby, k zadní části 4 palivové sestavy. Vodicí trubice 5 probíhají skrze část článků (tato skutečnost není zobrazena na obrázcích) v distančních mřížích. Pokud jde o samotné články, ve vynálezu mohou být použity články s různými tvary a různými konstrukcemi. Na vodicích trubicích 5 jsou připevněny objímky 8 se zaručenou vůlí vzhledem ke koncovému povrchu distančních mříží L Z půdorysného pohledu na objímku 8 je zřejmé, že objímky 8 mají průřez, jehož velikost přesahuje vepsaný průměr článků, což zajišťuje, aby objímky 8 nemohly probíhat do dutiny článku. Objímky 8 mohou být vyrobeny s prstencem 9, jehož průměr je větší, než je vepsaný průměr článku, a mohou mít mezery 10, které poskytují volný pohyb objímek 8 podél vodicích trubic 5 v průběhu sestavování palivové sestavy. Po uložení objímky 8 na vodicí trubici 5 je objímka 8 připevněna k vodicí trubici 8 svarovým spojem. Zaručená vůle δ₀ mezi objímkou 8 a koncovým povrchem distanční mříže 1 by neměla překročit 1,5 mm. Jinak by došlo ke značným deformacím a zkřivením distančních mříží L

U spodní distanční mříže ii jsou objímky 8 uspořádány při spodní straně této mříže 11. U ostatních mezilehlých distančních mříží i jsou objímky 8 umístěny při homí straně těchto mříží i. Výše uvedené uspořádání objímek 8 vyplývá z následujících skutečností. V průběhu provozu proudění chladivá má výše uvedený účinek na distanční mříže, který vede k deformaci distančních mříží. Poněvadž chladivo se vede ve směru nahoru, deformace distančních mříží rovněž směřuje nahoru. Tudíž, k vytvoření dodatečných nosičů zamezující deformaci distančních mříží, objímky 8 jsou připevněny při vrchních stranách všech distančních mříží s výjimkou spodní distanční mříží ϋ. Tato spodní distanční mříž 11 se značně namáhá v průběhu opětovného zavádění palivové sestavy, poněvadž při vzestupném pohybu palivové soustavy spodní distanční mříž 11 přijímá celou hmotnost palivových článků.

Kromě hlavních objímek 8 distanční mříže mohou mít dodatečné nosné členy ve formě pomocných objímek 12 uspořádaných při stranách distančních mřížích, které jsou opačné vzhledem ke stranám distančních mříží, při kterých jsou umístěny hlavní objímky 8. Pomocné objímky 12 se mohou připevnit se zaručenou vůlí vzhledem ke koncovým povrchům distančních mříží. Pomocné objímky 12 mohou být připevněny na vodicích trubicích tak, že je vytvořena dvojice: hlavní objímka 8 a pomocná objímka 12 připevněné na některé vodicí trubici při opačných stranách stejné distanční mříže. Avšak pomocné objímky mohou být připevněny na nějaké vodicí trubici bez hlavní objímky. Pomocné objímky 12 napomáhají snížení deformace distančních mříží, poněvadž společně s hlavními objímkami 8 opětovně distribuují napětí v průřezu distanční mříže a k sestupné deformaci některého z článků může docházet v průběhu opravy palivové sestavy. Pomocné objímky 12 umožňují zamezit tomuto nedostatku.

Avšak v tomto případě se výše uvedený efekt může dosáhnout za podmínky, že součet hodnoty vůle δ, mezi hlavní objímkou 8 a přilehlým koncovým povrchem příslušné distanční mříže a hodnoty vůle δ₂ mezi pomocnou objímkou 12 připevněnou do dvojice s hlavní objímkou 8 a opačným koncovým povrchem uvedené distanční mříže nepřesáhne hodnotu vůle δ₀.

Výše uvedená palivová sestava pracuje následujícím způsobem. Když reaktor je v provozu palivová sestava se mechanicky zatíží seshora v axiálním směru k zamezení vzestupného pohybu palivové sestavy. Když se celá konstrukce zahřeje na provozní teplotu, nastane termomechanické zatížení palivové sestavy. Úhelníkové desky 7 podél zadní části 4 a distančních mříží 1 tvoří pevný rám, který zamezuje deformaci palivové sestavy a zkřivení vodicích trubic, uvnitř kterých se mohou pohybovat konečné regulační členy (nejsou zobrazeny na obrázcích). Hlavní objímky 8 a pomocné objímky 12 kompenzují rezultující deformaci distančních mříží v rovině paralelní s koncovými povrchy těchto mříží. Důsledkem vytvoření uvedené pevné konstrukce je rovnoměrnější rozložení zátěže na členy palivové sestavy.

-4CZ 304748 B6

Průmyslová využitelnost

Výše uvedená sestava se může vyrobit použitím známých prostředků. Použití této palivové sestavy umožňuje podstatné zvýšení stability svazku palivových článků a pevnosti konstrukce jako celku.

Claims

1. Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru zahrnující distanční mříže (1, 6, 11) uspořádané podél palivové sestavy a použité pro hexagonální svazek palivových článků (2), nosné členy ve formě úhelníkových desek (7) připevněných k distančním mřížím (1,6, 11) a zadní části (4) palivové sestavy, a vodicí trubice (5) probíhající skrze část článků v distančních deskách (1, 6, 11), vyznačená tím, že dále zahrnuje objímky (8), které jsou připevněny na vodicích trubicích (5) se zaručenou vůlí ne vyšší než 1,5 mm vzhledem ke koncovým povrchům distančních mříží (1, 6, 11), přičemž tyto objímky (8) mají v půdorysné rovině průřez, jehož velikost přesahuje vepsaný průměr článků, přičemž objímky (8) spodní distanční mříže (11) jsou připevněny při spodní straně spodní distanční mříže (11) a objímky (8) zbývajících distančních mříží (1,6) jsou připevněny při vrchních stranách těchto distančních mříží (1,6).

2. Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru podle nároku 1, vyznačená tím, že objímky (8) mají mezeru a prstenec (9), jehož průměr je větší, než je vepsaný průměr článků v distančních mřížích (1,6, 11).

3. Palivová sestava vodou-moderovaného jaderného energetického reaktoru podle nároku 1 nebo 2, vyznačená tím, že dále zahrnuje pomocné objímky (12), které jsou připevněny na alespoň části vodicích trubic (5) při stranách distančních mříží (1,6, 11), které jsou opačné ke stranám distančních mříží (1, 6, 11), při kterých jsou připevněny hlavní objímky (8), přičemž součet hodnoty vůle mezi hlavní objímkou (8) a koncovým povrchem příslušné distanční mříže (1, 6, 11) a hodnoty vůle mezi pomocnou objímkou (12) tvořící s hlavní objímkou (8) dvojici a koncovým povrchem stejné distanční mříže (1,6, 11) není vyšší než 1,5 mm.