ES2283986T3 - Espaciador. - Google Patents
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Abstract
Espaciador para un elemento combustible de un reactor nuclear refrigerado por agua ligera, el cual está compuesto por una serie de varillas (2) que se entrecruzan formando una rejilla y que constan de una tira de chapa primera y una tira de chapa segunda (6, 8) unidas entre sí, las cuales presentan ondulaciones (10, 12, 14, 16) de tal modo que las ondulaciones contiguas en cada caso (10, 14 y 12, 16) conforman un subcanal de corriente (20) con recorrido inclinado respecto de la vertical (z), el espaciador caracterizado por el hecho de que cada subcanal de corriente (20) posee una forma que es asimétrica a un plano medio vertical (24) que se extiende entre las tiras de chapa (6, 8) con el fin de dotar al agua refrigerante que sale de cada subcanal de corriente un componente de corriente (vy) perpendicular al plano medio.
Description
Espaciador.
El presente invento hace referencia a un
espaciador para un elemento combustible de un reactor nuclear
refrigerado con agua ligera, como ya se conoce de la patente EP
0.237.064 A2, por ejemplo.
Este espaciador conocido está compuesto de una
serie de varillas que se cruzan entre sí formando una rejilla junto
con varias mallas. Cada varilla está formada por dos tiras de chapa
finas unidas entre sí por soldadura. Estas tiras de chapa están
provistas de salientes que se extienden hacia el interior de la
malla de rejilla contigua a cada tira de chapa. Los salientes
contiguos y opuestos entre sí de las tiras de chapas unidas en
forma de varilla forman un subcanal de corriente que se extiende en
dirección vertical y que presenta una forma aproximada de tubería.
Estos subcanales de corriente están inclinados con respecto a la
vertical y crean un componente de corriente para el fluido de
refrigeración orientado en paralelo a la varilla y dirigido hacia
un punto de cruce de las varillas. Éstos crean una corriente espiral
alrededor de las barras combustibles que se entremezclan con las
mallas.
En el espaciador conocido, los salientes también
sirven como soporte de las barras combustibles que se entremezclan
con las mallas. En la práctica, este soporte de las barras ha
demostrado ser especialmente ventajoso, ya que al utilizar dichos
espaciadores se ha observado que los tubos recubiertos de las barras
combustibles sufren muy pocos daños por rozamiento.
El invento se propone el objetivo de
proporcionar un espaciador del tipo mencionado al principio que
presente un alto grado de seguridad contra los rozamientos y al
mismo tiempo tenga unas características termohidráulicas
mejoradas.
Dicho objetivo se resuelve según el presente
invento mediante un espaciador con las características de la
reivindicación 1. Dicho espaciador para un reactor nuclear
refrigerado con agua ligera está formado por una serie de varillas
que se cruzan entre sí formando una rejilla, las cuales a su vez
están compuestas en cada caso de una primera y una segunda tira de
chapa unidas entre sí. Estas tiras de chapa presentan unas
ondulaciones tales que entre ondulaciones contiguas se crea en cada
caso un subcanal de corriente y las cuales están diseñadas de tal
modo que otorgan al agua refrigerante que sale del subcanal un
componente de corriente perpendicular a un plano medio vertical que
se extiende entre las tiras de chapa. Con ello se consigue mejorar
la mezcla transversal del agua refrigerante.
En particular, el perfil del canal parcial
formado por una primera ondulación se reduce en la dirección de la
corriente del agua refrigerante y el perfil del canal parcial
formado por una segunda ondulación contigua a la anterior aumenta
en esa dirección. Dicho de otro modo: el perfil del canal parcial
formado por la primera ondulación es mayor en la abertura de
entrada que en la abertura de salida y el perfil del canal parcial
formado por la segunda ondulación es menor en la abertura de
entrada que en la abertura de salida. Este aumento o disminución
del perfil puede darse de forma continua en toda la altura de la
varilla. Sin embargo, también son posibles realizaciones en las que
exista una zona media con perfil constante. Mediante esta diferencia
de formas entre las ondulaciones contiguas puede crearse un
componente de corriente con una orientación perpendicular al plano
de la varilla moldeando las tiras de chapa con técnicas de
mecanización especialmente sencillas.
En otra configuración ventajosa del invento, las
tiras de chapa primera y segunda presentan ondulaciones que se
disponen alternativamente en la dirección longitudinal de la primera
y la segunda tira de chapa. La primera y la segunda tira de chapa
están unidas en forma de varilla de tal modo que cada subcanal de
corriente está formado por una primera y una segunda ondulación.
Las tiras de chapa de este tipo y el espaciador que se forma con
ellas pueden fabricarse de una forma especialmente sencilla.
En una configuración preferente del invento, el
subcanal de corriente presenta un recorrido torcido o inclinado con
respecto a la vertical, al menos en el extremo de salida de la
corriente.
En otra forma de realización preferente, el agua
refrigerante que sale de los subcanales de corriente contiguos
entre sí e inclinados hacia el punto de cruce de dos varillas
presenta componentes de corriente opuestos y perpendiculares al
plano medio de modo que se crea una corriente espiral en el punto de
cruce, estando orientadas particularmente las corrientes espirales
de puntos de cruce contiguos de forma opuesta a lo largo de una
varilla. Con ello se evita que las corrientes espirales formen un
momento de giro general que actúe sobre todo el elemento
combustible.
Para explicar con más detalle el invento se hará
referencia al ejemplo de realización de los dibujos. Las figuras
muestran:
La figura 1 muestra una vista en planta de una
sección de un espaciador según el presente invento en representación
esquemática;
La figura 2 muestra una sección ampliada del
espaciador en la zona de un punto de cruce de dos varillas, también
en vista en planta;
La figura 3 muestra una sección de una varilla
en la zona de una ondulación en representación en perspectiva;
La figura 4 muestra una sección de una varilla
en vista lateral;
La figura 5 muestra otra configuración de un
subcanal de corriente según el presente invento en una
representación esquemática en perspectiva.
De acuerdo con las figuras 1 y 2, el espaciador
está compuesto por una serie de varillas 2 que se cruzan entre sí y
forman una rejilla junto con mallas 4 poligonales (cuadráticas en el
ejemplo de realización) por las que se atraviesan las barras
combustibles 5. Cada varilla 2 está formada de una primera y una
segunda tira de chapa 6 y 8, las cuales están soldadas entre sí por
los bordes longitudinales superior e inferior en contacto.
Las tiras de chapa primera y segunda 6 y 8 están
provistas de ondulaciones 10, 12 y 14, 16, respectivamente, que se
extienden en cada caso hacia el interior de la malla 4 contigua a
las tiras de chapa 6 y 8. Estas ondulaciones 10, 12, 14, 16 también
cumplen la función de soportar las barras combustibles 5 que
atraviesan las mallas 4. De este modo, entre las ondulaciones 10,
14 y 12, 16 de las tiras de chapa primera y segunda 6, 8 que
componen una varilla 2 se forma un subcanal de corriente 20 en el
que fluye hacia arriba el agua refrigerante atravesando el
espaciador en dirección vertical (desde el plano del dibujo).
En las figuras 1 y 2 se observa que los
subcanales de corriente 20 presentan en toda su longitud un
recorrido inclinado a la vertical en el plano de la varilla, es
decir, inclinado con respecto a una dirección perpendicular al
plano del dibujo. Esta inclinación provoca un desvío de la corriente
con respecto a la vertical que, de todos modos, se mantiene
paralela al plano de la varilla. Los subcanales de corriente 20
contiguos de una varilla 2 poseen en cada caso una inclinación
opuesta. Por tanto, los cuatro subcanales de corriente 20 contiguos
a un punto de cruce P están orientados de tal modo que dos
subcanales de corriente 20 dispuestos en una varilla 2 se inclinan
acercándose, mientras que los dos subcanales de corriente 20
pertenecientes a la otra varilla 2 se inclinan alejándose.
Cada subcanal de corriente 20 presenta una forma
que es asimétrica a un plano medio 24 que se encuentra entre las
tiras de chapa 6, 8 y que está orientado perpendicularmente al plano
del dibujo. Las ondulaciones 10, 16 están provistas de sendas
convexidades inferiores 101 y 161 de modo que la ondulación 10 o 16
está más próxima al punto de cruce P en ese lugar. Las ondulaciones
14 y 16 correspondientes a las ondulaciones 10 y 12 muestran, por
tanto, en su zona superior convexidades superiores 121 y 141 de tal
manera que la superficie de sección transversal del subcanal de
corriente 20 se mantiene prácticamente igual en toda la altura de la
varilla 2.
Debido a las convexidades 101 y 161, los canales
parciales 110 y 116 formados por las ondulaciones 10 y 16
respectivamente poseen en la entrada del subcanal de corriente 20
una superficie de sección transversal mayor a la de los canales
parciales 112 y 114 compuestos respectivamente por las ondulaciones
12 y 14. Por tanto, los canales parciales 110, 116 desvían una
mayor cantidad de agua refrigerante desde el canal principal formado
por la malla 4 que los canales parciales 112, 114. Puesto que las
secciones transversales de los canales parciales 110, 116 se
estrechan en la dirección de la corriente y las secciones
transversales de los canales parciales 112, 114 se ensanchan, el
agua refrigerante que fluye en el subcanal de corriente 20 se
desplaza hacia los canales parciales 112 y 114 y de este modo
recibe un componente de corriente perpendicular al plano medio o de
la varilla 24.
Dicho de otro modo: la forma asimétrica de las
ondulaciones 10, 14 y 12, 16, es decir, la disposición desplazada
de las convexidades 101, 121, 141, 161, otorga al agua refrigerante
que fluye entre dichas ondulaciones 10, 14 y 12, 16 un componente
de velocidad adicional perpendicular al plano medio 24 de la varilla
2, ya que el agua refrigerante experimenta un desvío hacia las
convexidades 121 y 141.
De manera alternativa a la configuración de las
ondulaciones representada en las figuras de la 1 a la 3, en la que
las convexidades sólo son una ampliación de la ondulación en la
dirección del plano medio 24 (plano de la varilla), también es
posible prever convexidades que se introduzcan a más profundidad
dentro de la malla 4, como se indica en discontinua con la
convexidad 200 situada en la malla derecha inferior de la figura 1,
y así aprovechar mejor el espacio que dejan libre las barras
combustibles 5 en las esquinas.
Las convexidades 121 y 141 hacen que el agua
refrigerante que sale de los subcanales de corriente 20 no se
dirija directamente al punto de cruce P a causa del componente de
velocidad perpendicular a la dirección longitudinal 24, sino que
pase por éste de forma inclinada. Esto provoca una corriente espiral
alrededor del punto de cruce P que mejora la transmisión térmica
entre la barra combustible y el fluido. Además, las ondulaciones 10,
12, 14, 16 están dispuestas de tal modo que la dirección de la
corriente espiral se opone en cada caso a la del punto de cruce
contiguo 22. De esta manera se evita que los momentos de giro
ejercidos por las corrientes espirales se sumen en un momento de
giro general que actúe sobre el elemento combustible.
En el ejemplo de realización, las ondulaciones
10, 12, 14, 16 presentan básicamente la misma forma. No obstante,
las tiras de chapa primera y segunda 6 y 8 están dispuestas de tal
modo que están desviadas entre sí sobre un eje perpendicular al
plano de la tira de chapa o al plano medio 24.
La forma de los subcanales de corriente 20 queda
particularmente clara en el dibujo de la figura 3. En esta figura,
se observa claramente que la mayor parte del agua refrigerante que
fluye desde abajo y que se desvía de los canales principales por el
subcanal de corriente 20 entra en el canal parcial 110, que está
formado por la ondulación 10 y presenta una convexidad inferior
101. El agua refrigerante que fluye hacia arriba en el plano medio
inclinado con respecto a la vertical (dirección z) atravesando el
subcanal de corriente 20, de recorrido inclinado en toda su
longitud, se desvía, debido al estrechamiento de la sección
transversal del canal parcial 110 hacia el canal parcial 114 de la
ondulación 14 contigua, recibiendo así, además de un componente de
velocidad v_{x} orientado hacia el punto de cruce y paralelo al
plano de la varilla 24, un componente de velocidad v_{y}
perpendicular al anterior.
Para mejorar la mezcla del fluido refrigerante
entre los distintos canales principales, es decir, para poder
elevar el flujo másico transversal, tal y como se muestra en la
figura 4, las ondulaciones 10, 14 están provistas de sendas muescas
longitudinales 26.
Puede conseguirse otro aumento del flujo másico
transversal previendo ventanas 28 en el punto de cruce P. Asimismo,
como en el espaciador HTP conocido, las ondulaciones 10, 12, 14, 16
presentan en el centro de la varilla 2 a ambos lados de la muesca
26 convexidades de extensión longitudinal que están orientadas hacia
el interior de la malla 4 y que, por su forma, constituyen un
soporte lineal para la barra combustible, de tal forma que ésta se
ve aguantada de modo flexible por ocho líneas en total.
Esto mismo se indica en el ejemplo de
realización según la figura 5. En esta figura, a ambos lados de la
muesca 26, se representan convexidades 30. Además, el subcanal de
corriente 20 formado por las ondulaciones 14 y 10, a diferencia del
ejemplo de realización mostrado en la figura 3, no está inclinado
con respecto a la vertical z en toda su longitud 1 (= altura de la
varilla), sino que sólo una parte a de su longitud 1 está inclinada
en la salida de la corriente y, en su caso, una parte b de su
longitud 1 está inclinada en la entrada de la corriente. En el
resto de la parte 1-a o
1-a-b, el subcanal de corriente 20
presenta un recorrido esencialmente paralelo a la vertical z. De
este modo con anchos de malla reducidos y grandes alturas de varilla
(longitud 1 del subcanal de corriente 20) puede crearse un
componente de velocidad v_{x} relativamente grande y paralelo al
plano de la varilla 24, es decir, un componente de velocidad que se
aleja de un punto de cruce P o que se acerca a un punto de cruce
P.
Claims (7)
1. Espaciador para un elemento combustible de un
reactor nuclear refrigerado por agua ligera, el cual está compuesto
por una serie de varillas (2) que se entrecruzan formando una
rejilla y que constan de una tira de chapa primera y una tira de
chapa segunda (6, 8) unidas entre sí, las cuales presentan
ondulaciones (10, 12, 14, 16) de tal modo que las ondulaciones
contiguas en cada caso (10, 14 y 12, 16) conforman un subcanal de
corriente (20) con recorrido inclinado respecto de la vertical (z),
el espaciador caracterizado por el hecho de que cada subcanal
de corriente (20) posee una forma que es asimétrica a un plano medio
vertical (24) que se extiende entre las tiras de chapa (6, 8) con el
fin de dotar al agua refrigerante que sale de cada subcanal de
corriente un componente de corriente (v_{y}) perpendicular al
plano medio.
2. Espaciador según la reivindicación 1 en el
que el perfil del canal parcial (110 o 116) formado por una primera
ondulación (10, 16) se estrecha en la dirección de la corriente del
agua de refrigeración y el perfil del canal parcial (112, 114)
formado por una segunda ondulación (14 o 12) contigua a la primera
se ensancha en dicha dirección.
3. Espaciador según la reivindicación 1 o 2 en
el que las tiras de chapa primera y segunda (6, 8) presentan sendas
ondulaciones primeras y segundas (10, 12 y 14, 16) que están
dispuestas alternativamente en la dirección longitudinal (x) de las
tiras de chapa primera y segunda (6, 8), y en el que las tiras de
chapa primera y segunda (6, 8) están unidas a modo de varilla (2) de
tal modo que cada subcanal de corriente (20) está compuesto por una
primera ondulación y por una segunda ondulación (10, 14 y 12,
16).
4. Espaciador según la reivindicación 1, 2 o 3
en el que el subcanal de corriente (20) presenta un recorrido
inclinado con respecto a la vertical (z) al menos en su extremo de
salida de la corriente.
5. Espaciador según la reivindicación 4 en el
que los subcanales de corriente (20) contiguos entre sí de una
varilla (2) están inclinados hacia un punto de cruce (P) de dos
varillas (2) de tal manera que el agua refrigerante que sale de
éstos presenta componentes de corriente (v_{x}) opuestos entre sí
y perpendiculares al plano medio (24), de tal modo que se crea una
corriente espiral alrededor del punto de cruce (P).
6. Espaciador según la reivindicación 5 en el
que las corrientes espirales de puntos de cruce (P) contiguos están
inclinadas a lo largo de una varilla (2) en direcciones
opuestas.
7. Elemento combustible con al menos un
espaciador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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