EA044870B1

EA044870B1 - ABSORPTION AND LEVELING GRID OF A NUCLEAR REACTOR Fuel Assembly

Info

Publication number: EA044870B1
Application number: EA202390759
Authority: EA
Inventors: 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
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2023-10-06

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, а конкретно к элементной базе тепловыделяющих сборок водо-водяных ядерных реакторов.The invention relates to the field of nuclear energy, and specifically to the element base of fuel assemblies of water-cooled nuclear reactors.

Известна конструкция поглощающей решетки (RU2518058, G21C3/00, 10.06.2014), представляющей собой набор трех уровней пересекающихся пластин, закрепленных между собой точечной сваркой в местах пересечения. При пересечении пластины образуют треугольные ячейки, в которые устанавливаются твэлы.The design of the absorbing grid is known (RU2518058, G21C3/00, 06/10/2014), which is a set of three levels of intersecting plates, fixed to each other by spot welding at the intersection points. When the plates intersect, they form triangular cells into which fuel rods are installed.

Недостатком такой конструкции является трудоемкость изготовления решетки. Набор пластин различной формы затрудняет сборку и приводит к увеличению времени на изготовление как поглощающей решетки, так и всей тепловыделяющей сборки в целом. Кроме того, такая решетка малоэффективно выполняет функцию поглощения нейтронов ввиду малой площади затеснения поперечного сечения тепловыделяющей сборки при этом она создает значительное гидравлическое сопротивление за счет наличия значительной смоченной поверхности.The disadvantage of this design is the complexity of manufacturing the grating. A set of plates of various shapes complicates assembly and leads to an increase in the time for manufacturing both the absorber grid and the entire fuel assembly as a whole. In addition, such a lattice performs the function of absorbing neutrons ineffectively due to the small displacement area of the cross-section of the fuel assembly, while it creates significant hydraulic resistance due to the presence of a significant wetted surface.

Наиболее близкой к предлагаемой, является известная поглощающая решетка (RU2610915, G21C3/326, 17.02.2017), которая представляет собой сплошную деталь, изготовленную с выполнением сверления отверстий и использованием фрезерования для снятия фаски на ряде ребер.The closest to the proposed one is the well-known absorbent grid (RU2610915, G21C3/326, 02/17/2017), which is a solid part made by drilling holes and using milling to chamfer a number of ribs.

Недостатком такой конструкции поглощающей решетки является наличие свободной области в центральной части поперечного сечения твэльного пучка, не занятой ребрами решетки, это приведет к перераспределению аксиального расхода теплоносителя, большая часть которого будет протекать через центральную, свободную область поперечного сечения твэльного пучка тепловыделяющей сборки. Такая конфигурация поглощающей решетки приводит к увеличению существующей неравномерности аксиального расхода теплоносителя в поперечном сечении твэльного пучка тепловыделяющей сборки. Кроме того, зона крепления решетки к уголкам жесткости тепловыделяющей сборки не имеет разделения двух рядом расположенных твэлов, что может привести к их соприкосновению. К тому же неравномерное затеснение поперечного сечения твэльного пучка представленной конструкцией поглощающей решеткой может оказать негативное влияние на эффективность поглощения нейтронов.The disadvantage of this design of the absorbing grid is the presence of a free region in the central part of the cross-section of the fuel rod bundle, not occupied by the grid ribs; this will lead to a redistribution of the axial coolant flow, most of which will flow through the central, free region of the cross-section of the fuel rod bundle of the fuel assembly. This configuration of the absorbing grid leads to an increase in the existing unevenness of the axial coolant flow rate in the cross section of the fuel rod bundle of the fuel assembly. In addition, the area where the grid is attached to the stiffening corners of the fuel assembly does not separate two adjacent fuel rods, which can lead to their contact. In addition, uneven displacement of the cross section of the fuel rod bundle by the presented design by the absorbing lattice can have a negative impact on the efficiency of neutron absorption.

Задачей заявляемого изобретения является создание более простой и надежной конструкции поглощающей и выравнивающей решетки, которая будет эффективно выполнять функции поглощения нейтронов и гидравлического профилирования на входе в твэльный пучок тепловыделяющей сборки. Заявляемая конструкция решетки позволит упростить производство поглощающих и выравнивающих решеток, а также сократить время и трудозатраты при их изготовлении.The objective of the claimed invention is to create a simpler and more reliable design of the absorbing and leveling grid, which will effectively perform the functions of neutron absorption and hydraulic profiling at the entrance to the fuel bundle of the fuel assembly. The inventive grating design will simplify the production of absorbing and leveling gratings, as well as reduce time and labor costs in their manufacture.

Технический результат - увеличение эффективности поглощения локального всплеска нейтронной плотности, обеспечение однородности аксиального расхода теплоносителя в поперечном сечении твэльного пучка тепловыделяющей сборки за счет гидравлического профилирования, а также упрощение технологии изготовления решетки, что в итоге позволит повысить надежность и безопасность работы ядерного реактора.The technical result is an increase in the efficiency of absorption of a local burst of neutron density, ensuring uniformity of the axial coolant flow rate in the cross section of the fuel bundle of the fuel assembly due to hydraulic profiling, as well as simplifying the lattice manufacturing technology, which will ultimately improve the reliability and safety of the nuclear reactor.

Технический результат достигается за счет того, что в поглощающей решетке, выполненной из цельной заготовки и представляющей собой щит с отверстиями под твэлы, взятой за прототип, была изменена форма зоны крепления решетки к уголкам жесткости тепловыделяющей сборки во избежание возможности соприкосновения соседних твэлов. Изменена конфигурация периферийной и центральной частей поглощающей решетки: центральная часть твэльного пучка была гидравлически загружена за счет применения широких центральных ребер в конструкции поглощающей решетки, периферийные области твэльного пучка, параллельные пластинам крепления твэлов к диффузору, были гидравлически разгружены за счет снижения площади затеснения проходного сечения ребрами решетки, а периферийные области твэльного пучка, отклоненные относительно пластин крепления твэлов на 60°, были гидравлически загружены за счет увеличения площади затеснения проходного сечения ребрами решетки. Толщина ребер в центре поглощающей решетки в продольном сечении увеличена для создания дополнительного гидравлического сопротивления потоку, движущемуся через центральную часть пучка твэлов. Выполнена фрагментация отверстий под твэлы в поглощающей решетке на два типа за счет изменения их диаметров. Диаметр двух внутренних рядов отверстий уменьшен, а двух внешних рядов увеличен. Это позволило снизить влияние, оказываемое на поток теплоносителя конструкцией диффузора и пластинами крепления твэлов к диффузору, а также выровнять распределение расхода теплоносителя по поперечному сечению твэльного пучка тепловыделяющей сборки.The technical result is achieved due to the fact that in the absorber grid, made of a solid billet and representing a shield with holes for fuel rods, taken as a prototype, the shape of the area where the grid is attached to the rigidity corners of the fuel assembly was changed in order to avoid the possibility of contact of adjacent fuel rods. The configuration of the peripheral and central parts of the absorbing grid was changed: the central part of the fuel rod bundle was hydraulically loaded due to the use of wide central ribs in the design of the absorbing grid; the peripheral areas of the fuel rod bundle, parallel to the plates for fastening the fuel rods to the diffuser, were hydraulically unloaded by reducing the area of obstruction of the flow section by the ribs grids, and the peripheral regions of the fuel rod bundle, deflected relative to the fuel rod mounting plates by 60°, were hydraulically loaded due to an increase in the area where the flow section is crowded by the grid ribs. The thickness of the ribs in the center of the absorber grid in the longitudinal section is increased to create additional hydraulic resistance to the flow moving through the central part of the fuel rod bundle. The holes for fuel elements in the absorber grid were fragmented into two types by changing their diameters. The diameter of the two inner rows of holes is reduced, and the two outer rows are increased. This made it possible to reduce the influence exerted on the coolant flow by the diffuser design and the plates attaching the fuel rods to the diffuser, as well as to equalize the distribution of coolant flow across the cross section of the fuel rod bundle of the fuel assembly.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общий вид поглощающей и выравнивающей решетки;The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 - general view of the absorbing and leveling grid;

на фиг. 2 - вид спереди на поглощающую и выравнивающую решетку;in fig. 2 - front view of the absorbing and leveling grid;

на фиг. 3 - вид сбоку поглощающей и выравнивающей решетки.in fig. 3 is a side view of the absorbing and leveling grid.

Поглощающая и выравнивающая решетка, общий вид которой представлен на (фиг. 1), представляет собой цельный элемент конструкции тепловыделяющей сборки водо-водяного ядерного реактора, выполненный из металлической заготовки с применением фрезерования.The absorbing and leveling grid, the general view of which is shown in (Fig. 1), is a one-piece structural element of the fuel assembly of a water-cooled nuclear reactor, made of a metal billet using milling.

Область крепления 1 поглощающей и выравнивающей решетки (фиг. 2) к уголкам жесткости тепловыделяющей сборки спроектирована таким образом, что исключает возможность соприкосновения соседних твэлов за счет применения дополнительных перемычек 2.The area of attachment 1 of the absorbing and leveling grid (Fig. 2) to the stiffening corners of the fuel assembly is designed in such a way that it eliminates the possibility of contact between adjacent fuel rods due to the use of additional jumpers 2.

- 1 044870- 1 044870

Учитывая конфигурацию входного участка тепловыделяющей сборки, в частности форму диффузора и геометрию пластин крепления твэлов к диффузору, периферийная область 3, которая располагается под углом в 60° к пластинам крепления твэлов у диффузору выполнена гидравлически затесненной для выравнивания осевого расхода путем его перераспределения в соседние периферийные области 4, которые ориентированы параллельно пластинам крепления твэлов к диффузору. Периферийная область 3 затесняется вставками треугольной формы 5 для увеличения поглощательной способности решетки и создания дополнительного гидравлического сопротивления потоку теплоносителя для вытеснения его в периферийные области 4.Taking into account the configuration of the inlet section of the fuel assembly, in particular the shape of the diffuser and the geometry of the fuel rod attachment plates to the diffuser, the peripheral area 3, which is located at an angle of 60° to the fuel rod attachment plates at the diffuser, is made hydraulically pressurized to equalize the axial flow by redistributing it to adjacent peripheral areas 4, which are oriented parallel to the plates for fastening the fuel rods to the diffuser. The peripheral area 3 is crowded with triangular-shaped inserts 5 to increase the absorption capacity of the grid and create additional hydraulic resistance to the coolant flow to displace it into the peripheral areas 4.

Периферийные области 4, располагающиеся параллельно пластинам крепления твэлов к диффузору, выполнены максимально гидравлически разгруженными. Это достигается за счет уменьшения площади поперечного сечения ребер поглощающей и выравнивающей решетки в периферийной области 4, при этом сохраняются узкие перемычки 6, которые придают жесткость разработанной конструкции.The peripheral areas 4, located parallel to the plates for fastening the fuel rods to the diffuser, are made as hydraulically unloaded as possible. This is achieved by reducing the cross-sectional area of the ribs of the absorbing and leveling grid in the peripheral region 4, while maintaining narrow jumpers 6, which impart rigidity to the developed structure.

Центральная область 7 решетки выполнена максимально гидравлически загруженной для перераспределения осевого расхода теплоносителя за решеткой и его выравнивания в поперечном сечении твэльного пучка, что обеспечивается установкой дополнительных широких ребер 8. Также для увеличения гидравлического сопротивления области 7, было выполнено утолщение широких ребер 8 на 1/5L, где L это толщина предлагаемой конструкции поглощающей и выравнивающей решетки (фиг. 3).The central area 7 of the grid is made as hydraulically loaded as possible to redistribute the axial coolant flow behind the grid and align it in the cross section of the fuel rod bundle, which is ensured by installing additional wide ribs 8. Also, to increase the hydraulic resistance of area 7, the wide ribs 8 were thickened by 1/5L , where L is the thickness of the proposed structure of the absorbing and leveling grid (Fig. 3).

Кроме того, гидравлическое профилирование входного участка твэльного пучка осуществляется за счет выполнения отверстий для установки твэлов различного диаметра. Два внешних ряда отверстий 9 под твэлы выполнены с большим диаметром d1, a следующие за ними два внутренних ряда отверстий 10 с меньшим диаметром d2 (фиг. 2).In addition, hydraulic profiling of the inlet section of the fuel rod bundle is carried out by making holes for installing fuel rods of various diameters. The two outer rows of holes 9 for fuel rods are made with a large diameter d1, and the following two inner rows of holes 10 with a smaller diameter d2 (Fig. 2).

Claims

An absorbing and leveling grid made of a solid billet, which is a shield with holes for fuel elements, characterized in that it is equipped in the area of attachment to the stiffeners with jumpers to separate pairs of adjacent fuel elements, modified by the geometry of the peripheral faces of the grid, made of two types: faces parallel to the plates fastening fuel rods to the diffuser have the smallest cross-section, the remaining faces are additionally crowded, in the central area it is equipped with additional wide ribs, increased in transverse and longitudinal sections, the holes in the absorbing grid for installing fuel rods are made of different diameters: two peripheral rows of holes have a larger diameter, and two The central row of holes have a smaller diameter.