EA041297B1 - SPACING AND MIXING GRILLE OF FUEL CARTRIDGE OF NUCLEAR POWER REACTOR - Google Patents

SPACING AND MIXING GRILLE OF FUEL CARTRIDGE OF NUCLEAR POWER REACTOR Download PDF

Info

Publication number
EA041297B1
EA041297B1 EA202192667 EA041297B1 EA 041297 B1 EA041297 B1 EA 041297B1 EA 202192667 EA202192667 EA 202192667 EA 041297 B1 EA041297 B1 EA 041297B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
plates
wide
mixing
fuel
group
Prior art date
Application number
EA202192667
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Дмитриев
Татьяна Дмитриевна Демкина
Александр Алексеевич Добров
Денис Владимирович Доронков
Дарья Сергеевна Доронкова
Алексей Николаевич Пронин
Антон Владимирович Рязанов
Дмитрий Николаевич Солнцев
Александр Евгеньевич Хробостов
Максим Александрович Легчанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Publication of EA041297B1 publication Critical patent/EA041297B1/en

Links

Description

Изобретение относится к области атомной промышленности, конкретно к конструкции дистанционирующих перемешивающих решеток для топливных кассет ядерных реакторов.The invention relates to the field of nuclear industry, specifically to the design of spacer mixing grids for fuel assemblies of nuclear reactors.

Известна дистанционирующая решетка (RU2127001, G21C3/34, 27.02.1999), имеющая шестигранный обод, в котором размещены соединенные с ободом и между собой ячейки четырехгранной, пятигранной и шестигранной формы, выполненные из циркониевой ленты, снабженной выступами и просечками. Соединение ячеек между собой осуществляется сварными точками по каждой грани.A spacer grid is known (RU2127001, G21C3/34, 02/27/1999), having a hexagonal rim, in which cells of a tetrahedral, pentahedral and hexagonal shape are connected to the rim and to each other, made of zirconium tape, provided with protrusions and notches. The cells are connected to each other by weld points on each face.

Недостатком такой конструкции является вхождение тепловыделяющих элементов в ячейки дистанционирующей решетки с большим усилием. Из-за этого растет вероятность повреждения тепловыделяющих элементов, так как диаметр вписанной окружности между четырьмя точками, образованными выступами в решетке, несколько меньше, чем диаметр самого тепловыделяющего элемента. Наличие в решетке различных видов ячеек усложняет процесс изготовления решетки и ведет к удорожанию производства дистанционирующей решетки.The disadvantage of this design is the occurrence of fuel elements in the cells of the spacer grid with great effort. Because of this, the probability of damage to the fuel elements increases, since the diameter of the inscribed circle between the four points formed by the protrusions in the lattice is somewhat smaller than the diameter of the fuel element itself. The presence of various types of cells in the grating complicates the process of manufacturing the grating and leads to an increase in the cost of production of the spacer grating.

Известна конструкция перемешивающей решетки с расположением тепловыделяющих элементов согласно треугольной схемы (RU2389091, G21C3/344, 10.05.2010), состоящая из ячеек. Ячейки имеют форму трубок переменного сечения, при этом верхняя и нижняя части ячеек имеют форму многогранников, гранями которых они примыкают друг к другу.A known design of the mixing grid with the arrangement of fuel elements according to the triangular pattern (RU2389091, G21C3/344, 10.05.2010), consisting of cells. The cells are in the form of tubes of variable cross section, while the upper and lower parts of the cells are in the form of polyhedrons, whose faces adjoin each other.

Недостатком данной конструкции является недостаточная эксплуатационная надежность решетки и сложность технологии изготовления.The disadvantage of this design is the lack of operational reliability of the lattice and the complexity of manufacturing technology.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой структуре решетки является шестигранная дистанционирующая решетка с треугольной паковкой тепловыделяющих элементов (RU2399968, G21C3/32, 27.04.2010). Решетка имеет три группы пластин, параллельных друг другу в пределах группы. При этом пластины разных групп пересекаются между собой, смещение между пластинами, относящимися к двум любым группам, составляет 60°. Пластины закреплены в решетке между внутренней и внешней обечайками, имеющие соответствующие отверстия под пластины.The closest in technical essence to the proposed grid structure is a hexagonal spacer grid with a triangular package of fuel elements (RU2399968, G21C3/32, 27.04.2010). The grating has three groups of plates parallel to each other within the group. In this case, the plates of different groups intersect with each other, the displacement between the plates belonging to any two groups is 60°. The plates are fixed in the lattice between the inner and outer shells, having corresponding holes for the plates.

Одна группа пластин снабжена прорезями с обеих сторон для фиксирования трех групп пластин между собой и придания жесткости всей конструкции.One group of plates is provided with slots on both sides to fix the three groups of plates together and to stiffen the entire structure.

Недостатком данной конструкции является выбор неоптимальной формы внутренней обечайки в виде шестигранника, что усложняет установку центрального вытеснителя внутри него, а также стороны внутренней обечайки касаются ряда тепловыделяющих элементов, находящегося около вытеснителя, что может привести к снижению эффективности теплоотвода от тепловыделяющих элементов.The disadvantage of this design is the choice of a non-optimal shape of the inner shell in the form of a hexagon, which complicates the installation of the central displacer inside it, and the sides of the inner shell touch a number of fuel elements located near the displacer, which can lead to a decrease in the efficiency of heat removal from the fuel elements.

Задачей заявляемого изобретения является создание более совершенной конструкции дистанционирующей перемешивающей решетки, которая будет гарантированно обеспечивать жесткую структуру геометрии пучка твэлов, а также будет нести дополнительную функцию перемешивания потока и тем самым обеспечивать интенсификацию теплообмена за счет применения специальных смесительных лопаток, прорезей и отгибов.The objective of the claimed invention is to create a more advanced design of the spacer mixing grid, which will guarantee a rigid structure of the geometry of the fuel bundle, and will also have an additional function of mixing the flow and thereby ensure heat transfer intensification through the use of special mixing blades, slots and bends.

Технический результат - обеспечение геометрической стабильности пучка твэлов, гомогенизация температурного поля потока в поперечном сечении топливной кассеты, интенсификация теплообмена в пучке твэлов, исключение застойных зон течения теплоносителя в поперечном сечении кассеты и увеличение запаса до кризиса теплообмена, что, в свою очередь, повышает теплотехническую надежность топливной кассеты и активной зоны в целом.EFFECT: ensuring the geometric stability of the fuel bundle, homogenizing the temperature field of the flow in the cross section of the fuel cassette, intensifying heat transfer in the fuel bundle, eliminating stagnant coolant flow zones in the cross section of the cassette and increasing the margin to the heat transfer crisis, which, in turn, increases thermal reliability fuel cassette and the core as a whole.

Технический результат достигается тем, что в дистанционирующей решетке с треугольной упаковкой тепловыделяющих элементов, взятой за прототип, и состоящей из трех групп пересекающихся пластин, заключенных между двумя обечайками, была изменена форма внутренней обечайки на двенадцатигранник, установлены дополнительные ребра жесткости в углах внешней обечайки, конструкция пластин внешней обечайки изменена, добавлением диагональных прорезей, на торцы двух групп пластин, расположенных между внутренней и внешней обечайками, установлены перемешивающие лопатки двух видов формы профиля, а в одной из двух выделенных групп пластин, которая обладает наибольшей шириной, дополнительно сделаны отгибы треугольной формы. Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - поперечное сечение дистанционирующей перемешивающей решетки;The technical result is achieved by the fact that in the spacer grid with a triangular package of fuel elements, taken as a prototype, and consisting of three groups of intersecting plates enclosed between two shells, the shape of the inner shell was changed to a dodecahedron, additional stiffening ribs were installed in the corners of the outer shell, the design plates of the outer shell is changed by adding diagonal slots, on the ends of two groups of plates located between the inner and outer shells, mixing blades of two types of profile shape are installed, and in one of the two selected groups of plates, which has the largest width, triangular bends are additionally made. The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 - cross section of the spacer mixing grid;

на фиг. 2 - пластина внешнего обода дистанционирующей перемешивающей решетки;in fig. 2 - plate of the outer rim of the spacer mixing grid;

на фиг. 3 - развертка внутренней обечайки дистанционирующей перемешивающей решетки;in fig. 3 - development of the inner shell of the spacer mixing grid;

на фиг. 4 - общий вид внутренней обечайки;in fig. 4 - general view of the inner shell;

на фиг. 5 - ориентация пластин дистанционирующей перемешивающей решетки относительно тепловыделяющего элемента;in fig. 5 - orientation of the plates of the spacer mixing grid relative to the fuel element;

на фиг. 6 - широкая пластина с перфорацией и смесительными лопатками;in fig. 6 - wide plate with perforation and mixing blades;

на фиг. 7 - схема отгиба смесительных лопаток и треугольных отгибов на широкой пластине;in fig. 7 - diagram of the bend of the mixing blades and triangular bends on a wide plate;

на фиг. 8 - узкая пластина со смесительными лопатками;in fig. 8 - narrow plate with mixing blades;

на фиг. 9 - схема отгиба смесительных лопаток на узкой пластине.in fig. 9 - scheme of the bending of the mixing blades on a narrow plate.

Дистанционирующая перемешивающая решетка, поперечное сечение которой представлено на (фиг. 1) представляет собой набор пластин трех типов 1, 2, 3, параллельных друг другу в пределах одного типа, расположенных в межтвэльном пространстве и заключенных между внешней 4 и внутренней 5 обечайками.The spacer mixing grid, the cross section of which is shown in (Fig. 1) is a set of plates of three types 1, 2, 3, parallel to each other within the same type, located in the inter-fuel space and enclosed between the outer 4 and inner 5 shells.

--

Claims (3)

В углы правильного шестиугольника, образованного внешней обечайкой, установлены ребра жесткости 6, выполненные в виде прямоугольных пластин, имеющих длину равную длине обода внешней обечайки. Благодаря ребрам жесткости осуществляется позиционирование угловых тепловыделяющих элементов 7, их жесткая фиксация внутри решетки и повышается прочность конструкции самой решетки.In the corners of a regular hexagon formed by the outer shell, stiffening ribs 6 are installed, made in the form of rectangular plates, having a length equal to the length of the rim of the outer shell. Thanks to the stiffening ribs, the positioning of the corner fuel elements 7 is carried out, their rigid fixation inside the grate and the strength of the structure of the grate itself increases. Внешняя обечайка 4 состоит из пластин, размещенных в виде правильного шестиугольника. Каждая пластина, представленная на (фиг.The outer shell 4 consists of plates placed in the form of a regular hexagon. Each plate shown in (Fig. 2), снабжена пазами прямоугольной формы 8 для крепления пластин 1, 2, 3, а также перфорацией 9, выполненной в виде прямоугольных прорезей, повернутых на угол 25° и шириной, меньшей, чем прорези 8, и предназначенных для дополнительной турбулизации потока в периферийной области топливной кассеты. Торцевые части пластин (фиг. 2) внешней обечайки снабжены выступами 10 так, что пластины совмещались с отсутствием поперечного смещения.2) is provided with rectangular grooves 8 for attaching plates 1, 2, 3, as well as perforation 9, made in the form of rectangular slots rotated at an angle of 25° and with a width less than slot 8, and designed for additional flow turbulence in the peripheral fuel cassette area. The end parts of the plates (Fig. 2) of the outer shell are provided with protrusions 10 so that the plates are aligned with the absence of transverse displacement. Внутренняя обечайка 5 (фиг.The inner shell 5 (Fig. 3, 4) представляет собой пластину, согнутую в двенадцати угольник, для облегчения установки центрального вытеснителя, а также для уменьшения затеснения поперечного сечения. Внутренняя обечайка снабжена пазами прямоугольной формы 11 для фиксации пластин 1, 2, 3, обеспечивающих дистанционирование тепловыделяющих элементов. На (фиг. 3) представлены в виде пунктирных линий места изгиба 12 пластины внутренней обечайки 5.3, 4) is a plate bent into a dodecagon to facilitate the installation of the central displacer, as well as to reduce cross-sectional crowding. The inner shell is provided with rectangular grooves 11 for fixing plates 1, 2, 3, which provide spacing of fuel elements. On (Fig. 3) are presented in the form of dotted lines the place of bending 12 of the plate of the inner shell 5. Пластины 1, 2, 3 (фиг. 1), расположенные между внешней и внутренней обечайками 4, 5, пересекаясь, образуют ячейки двух видов: свободные ячейки 13, выполненные в виде треугольников и не занятые тепловыделяющими элементами 7, и регулярные ячейки 14, выполненные в виде неправильных шестиугольников, в которые устанавливаются тепловыделяющие элементы 7 и надежно позиционируются на все время эксплуатации топливной кассеты. Причем пластины 1, 2, 3 расположены на трех уровнях, таким образом, чтобы касание тепловыделяющего элемента 7 происходило только с пластиной одного из уровней (фиг. 5).Plates 1, 2, 3 (Fig. 1), located between the outer and inner shells 4, 5, intersecting, form cells of two types: free cells 13, made in the form of triangles and not occupied by fuel elements 7, and regular cells 14, made in the form of irregular hexagons, in which fuel elements 7 are installed and reliably positioned for the entire period of operation of the fuel cartridge. Moreover, the plates 1, 2, 3 are located at three levels, so that the fuel element 7 touches only the plate of one of the levels (Fig. 5). Пластины 1, 2, 3, расположенные между внешней и внутренней обечайками 4, 5 разделены на три группы.Plates 1, 2, 3 located between the outer and inner shells 4, 5 are divided into three groups. Первая группа - широкие пластины 1 (фиг. 6, 7). На пластинах 1, отнесенных к первой группе, выполнены пазы 15 для фиксации, наклонно расположенных пластин 2, 3 и образования свободных и регулярных ячеек 13, 14 (фиг. 1). В пластинах первой группы имеется перфорация 16, а уголки 17, образованные перфорацией, отогнуты на угол в 20°. Схема расположения прорезей представлена на (фиг. 6), а направления отгиба уголков представлены на (фиг. 7). Отогнутые уголки 17, находящиеся на широкой пластине 1 на одной линии, проходящей параллельно тепловыделяющим элементам 7, направлены в одну сторону. Отогнутые уголки 17 несут функцию дополнительной турбулизации теплоносителя внутри решетки. На боковых торцах пластин сделаны выступы 18 (фиг. 6, 7) для крепления пластин между внешней и внутренней обечайками 4, 5.The first group - wide plates 1 (Fig. 6, 7). On the plates 1 assigned to the first group, grooves 15 are made for fixing obliquely arranged plates 2, 3 and forming free and regular cells 13, 14 (Fig. 1). The plates of the first group have a perforation 16, and the corners 17 formed by the perforation are bent at an angle of 20°. The layout of the slots is shown in (Fig. 6), and the directions for bending the corners are shown in (Fig. 7). Bent corners 17 located on a wide plate 1 on the same line running parallel to the fuel elements 7 are directed in one direction. Bent corners 17 have the function of additional turbulence of the coolant inside the grate. On the side ends of the plates, protrusions 18 are made (Fig. 6, 7) for attaching the plates between the outer and inner shells 4, 5. На торце широкой пластины 1 (фиг. 6, 7), расположенном со стороны выхода из решетки установлены смесительные лопатки 19, 20, двух видов, представленные на (фиг. 6, 7). Первый вид лопатки 19 имеет трапециевидную форму профиля с отгибом внутрь свободной ячейки 13 на угол в 30°. Форма отгиба смесительной лопатки 19 представлена на (фиг. 7). Второй вид лопатки 20 ассиметричен, с одной стороны имеется вырез, выполненный для соблюдения запаса до соприкосновения с тепловыделяющим элементом 7. Смесительная лопатка 20 находится в ячейках, в которых располагаются тепловыделяющие элементы 7. Лопатка 20 отгибается на угол в 30° в сторону тепловыделяющего элемента 7. Форма отгиба смесительной лопатки 20 представлена на (фиг. 7). Смесительные лопатки 19, 20 и пластины, на которых они расположены, представляют собой единое тело.At the end of the wide plate 1 (Fig. 6, 7), located on the exit side of the grate, mixing blades 19, 20 are installed, of two types shown in (Fig. 6, 7). The first type of blade 19 has a trapezoidal profile with a bend inside the free cell 13 at an angle of 30°. The shape of the bend of the mixing blade 19 is shown in (Fig. 7). The second type of blade 20 is asymmetric, on the one hand there is a cutout made to maintain a margin before contact with the fuel element 7. The mixing blade 20 is located in the cells in which the fuel elements 7 are located. The blade 20 is bent at an angle of 30 ° towards the fuel element 7 The shape of the fold of the mixing blade 20 is shown in (FIG. 7). Mixing blades 19, 20 and the plates on which they are located are a single body. Вторая группа пластин - узкие пластины 2 (фиг. 8, 9), повернутые относительно широких пластин 1 на угол в 60°. Они вставляются в пазы 15 широких пластин 1, находящихся со стороны выхода из решетки. Форма узких пластин 2 представлена на (фиг. 8, 9). На узких пластинах 2 располагаются перемешивающие лопатки, имеющие форму, углы отгиба и схему расположения аналогичные лопаткам 19, 20, расположенным на широкой пластине 1.The second group of plates - narrow plates 2 (Fig. 8, 9), rotated relative to wide plates 1 at an angle of 60°. They are inserted into the grooves of 15 wide plates 1 located on the exit side of the grate. The shape of the narrow plates 2 is shown in (Fig. 8, 9). On the narrow plates 2 there are mixing blades having a shape, bending angles and layout similar to the blades 19, 20 located on the wide plate 1. Третья группа пластин - узкие пластины 3, расположенные на входе в решетку, имеют форму аналогичную форме второй группы пластин (узкие пластины 2), но с отсутствием смесительных лопаток. Узкие пластины 3 вставляются в широкие пластины 1 в соответствующие пазы 15. Относительно широких пластин 1 эта группа пластин также повернута на 60°, но в другую сторону.The third group of plates - narrow plates 3, located at the entrance to the grate, have a shape similar to the shape of the second group of plates (narrow plates 2), but without mixing blades. Narrow plates 3 are inserted into wide plates 1 in the corresponding grooves 15. Relative to wide plates 1, this group of plates is also rotated by 60°, but in the other direction. Фиксация широких пластин 1 между внешней и внутренней обечайками 4, 5 производится за счет выступов 18 в торцах пластин (фиг. 6, 7) и прорезей прямоугольной формы 8 во внешней обечайке и прорезей прямоугольной формы 11 во внутренней обечайке. Фиксация узких пластин 2, 3 производится за счет их крепления в пазах 15 (фиг. 6, 7), расположенных на широких пластинах 1 и в прорезях прямоугольной формы 8 во внешней обечайке и в прорезях прямоугольной формы 11 во внутренней обечайке.The wide plates 1 are fixed between the outer and inner shells 4, 5 due to the protrusions 18 at the ends of the plates (Fig. 6, 7) and rectangular slots 8 in the outer shell and rectangular slots 11 in the inner shell. Narrow plates 2, 3 are fixed by fastening them in grooves 15 (Fig. 6, 7) located on wide plates 1 and in rectangular slots 8 in the outer shell and in rectangular slots 11 in the inner shell. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Дистанционирующая перемешивающая решетка, состоящая из трех рядов пластин, заключенных между внешней и внутренней обечайками, отличающаяся тем, что внешняя обечайка и один из рядов пластин снабжены перфорацией разной формы для обеспечения дополнительной турбулизации потока, A spacer mixing grid consisting of three rows of plates enclosed between the outer and inner shells, characterized in that the outer shell and one of the rows of plates are provided with perforations of various shapes to provide additional flow turbulence, --
EA202192667 2021-10-28 SPACING AND MIXING GRILLE OF FUEL CARTRIDGE OF NUCLEAR POWER REACTOR EA041297B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA041297B1 true EA041297B1 (en) 2022-10-05

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4692302A (en) Coolant flow mixer grid for a nuclear reactor fuel assembly
KR950001733B1 (en) Mixing grid
US6393087B1 (en) Duct-type spacer grid with swirl flow vanes for nuclear fuel assemblies
KR100600983B1 (en) Spacer Grid for Pressurized Water Reactor Fuel Assembly
RU2509765C2 (en) Nuclear fuel assembly with array of revolving sockets
US7469030B2 (en) Spacer grid for a fuel unit in a nuclear reactor cooled by light water
US5272741A (en) Nuclear fuel assembly
RU2331119C1 (en) Fuel rod array and insert spacer component
EA041297B1 (en) SPACING AND MIXING GRILLE OF FUEL CARTRIDGE OF NUCLEAR POWER REACTOR
US4097331A (en) Coolant mass flow equalizer for nuclear fuel
CS195329B2 (en) Lamellar heat exchanger
US20120250814A1 (en) Nuclear fuel assembly support grid
JPH067187B2 (en) Swirling vanes integrated with spacer grid
RU183139U1 (en) Remote and mixing grid of a fuel assembly of a nuclear reactor
US3994779A (en) Nuclear reactor fuel rod spacer
RU2715387C1 (en) Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly
RU2632572C1 (en) Distancing lattice of nuclear reactor fuel assembly
JPH0114556B2 (en)
EP3564965B1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
RU67760U1 (en) KINDING LATTICE OF THE FUEL ASSEMBLY OF THE NUCLEAR REACTOR
US3719559A (en) Fuel pin spacer structure
BG61316B1 (en) Combustable device with deflector blades for the separation of part of the fluid stream flowing across the combustible device
RU2124239C1 (en) Fuel assembly spacer grid
JP6034184B2 (en) Fuel assembly
KR100844883B1 (en) Anti-fretting wear spacer grid with wing shape spring and dimple