ES2374993T5 - Conjunto de combustible y separador entre elementos insertable - Google Patents
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Description
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DESCRIPCION
Conjunto de combustible y separador entre elementos insertable Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a ingeniena nuclear y se puede utilizar en estructuras de conjuntos de combustible nuclear formados de un haz de barras de combustible, que estan separadas y fijadas en rejillas de separacion, en particular en conjuntos de combustible para reactores PWR y BWR, en los que las barras de combustible estan dispuestas de acuerdo a un patron cuadrado.
Tecnica anterior
Para garantizar una separacion requerida entre las barras de combustible durante toda la vida de un conjunto de combustible, se utilizan rejillas de separacion que tambien fijan las barras de combustible en posiciones presionadas, con el proposito de excluir el desgaste por ajuste de los materiales de revestimiento de las barras de combustible. Se pueden formar celulas de rejillas de separacion, en particular, mediante placas ortogonales cruzadas o presionando a partir de piezas de tubo y conectandolas entre las mismas y con un reborde circundante mediante soldadura autogena o soldadura blanda.
Para eliminar los desbordamientos cruzados entre conjuntos de combustible, sus rejillas de separacion debenan tener caractensticas hidraulicas proximas y estar situadas en niveles similares.
Para evitar que las rejillas de separacion de conjuntos de combustible que topan se conecten con sobrecargas, sus rebordes estan provistos de bordes de entrada.
La rigidez torsional de los tubos de grna depende de la configuracion de las celulas en las rejillas de separacion.
Los requisitos de ensamblado de las barras de combustible, asf como facilitar la extraccion de las barras de combustible durante reparaciones de un conjunto de barras de combustible conlleva la necesidad de usar celulas compatibles. Al mismo tiempo, para asegurar una rigidez torsional preestablecida, se requieren celulas ngidas.
Ademas, debenan proporcionarse elementos que realizan la funcion de mezcla de un refrigerante en los disenos de la rejilla de separacion.
Un conjunto de combustible que comprende rejillas de separacion es conocido, en el que las rejillas de separacion comprenden celulas formadas por tiras que cruzan de manera ortogonal, asf como dispositivos remolino de flujo de refrigeracion (USP 5.365.557, G 21 3/322, 15.11.1994). Las tiras de ese diseno tienen recortes conformados que estan girados de manera diferente.
En cuanto a la esencia tecnica y a los resultados obtenidos, el mas cercano a la presente invencion es un conjunto de combustible que comprende rejillas de separacion dispuestas longitudinalmente a lo largo del flujo de refrigerante y que comprende celulas formadas por placas cruzadas ortogonales, en el que un elemento separador insertable se instala en cada celula, a traves de la que pasa una barra de combustible, encerrando dicho elemento separador insertable dicha barra de combustible y que esta disenado para fijar dicha barra de combustible que pasa a traves de dicha celula (EP 0192534, G 21 C 3/34, 31.1.1986).
Ademas, en cuanto a la esencia tecnica y el resultado obtenido, el mas cercano a la presente invencion es un elemento separador insertable que comprende una carcasa que tiene una seccion transversal de octagono formada por cuatro caras, que son redondeadas y convexas en la direccion desde el centro de dicho elemento, y por cuatro caras situadas entre las mismas, que tienen forma concava hacia el centro de dicho elemento, en el que las caras convexas estan disenadas para conectarse a una celula de la rejilla de separacion y las concavas para fijarse a una barra de combustible (EP 1679722, G 21 C 3/344, 12.7.2006).
El documento EP-A1-0192534 divulga un conjunto de combustible que comprende rejillas de separacion dispuestas longitudinalmente del conjunto a lo largo del flujo de refrigerante y que comprende celulas formadas por placas cruzadas ortogonales, estando dispuesto un elemento separador insertable en cada celula, a traves del cual pasa una barra de combustible, abrazando dicho elemento separador la barra de combustible respectiva y fijando la barra de combustible que pasa a traves de la celula.
El documento US-A-4061536 divulga un conjunto de combustible que comprende rejillas de separacion, en el que la primera y la ultima rejillas de separacion estan provistas de menos deflectores que las rejillas de separacion entre las mismas. Ademas, estos deflectores estan dispuestos en posiciones particulares. Ademas son conocidos en el campo conjuntos de combustible nuclear que divulga la tecnica anterior, por ejemplo los documentos US 5.515.408 y DE-A 101 22 489.
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En uno de los conjuntos de combustible conocidos, el elemento de separacion insertable esta hecho en forma de una carcasa que sujeta de manera bastante fiable una barra de combustible.
Sin embargo, las superficies convexas del elemento insertable conocido son, en la practica, nervios de refuerzo que no permiten reunir un haz de barras de combustible para asegurar la estanqueidad entre un elemento insertable y una barra de combustible, lo cual es necesario para garantizar un contacto entre una barra de combustible y un elemento de separacion insertable (para evitar vibraciones).
A diferencia de una superficie convexa, una superficie plana de un elemento insertable proporciona propiedades elasticas a un elemento insertable que permiten compensar las diferencias en la geometna, desalineacion de los ejes de una barra de combustible y un elemento insertable y mantener fuerzas aceptables al pasar una barra de combustible a traves de una rejilla de separacion y asegurar la estanqueidad del conjunto.
La presencia de placas que conecta un elemento de separacion insertable con las esquinas de las celulas aumenta, por un lado, la rigidez de la celula en conjunto, y aumenta, por otro lado, la resistencia hidraulica de la celula debido a la formacion de vortices de flujo de refrigerante corriente abajo de la placa de union inferior y luego en la placa de union superior.
La separacion de una barra de combustible haciendo ranuras o recortes en una carcasa resulta en la formacion de elementos elasticos que no tienen la suficiente rigidez, y esto permite que el eje longitudinal de una barra de combustible se mueva, durante la operacion, en relacion al eje longitudinal de la celula respectiva y, en consecuencia, resulta en la flexion de esa barra de combustible.
La presencia de turbulenciadores de flujo de refrigerante "indirectos" fabricados en forma de placas de conexion y elementos elasticos, que fijan una barra de combustible, provoca una mezcla insignificante de flujo de refrigerante solo a lo largo de una barra de combustible de este tipo, mientras que practicamente excluye la transferencia de masa de un flujo de refrigerante entre las celulas adyacentes.
Sumario de la invencion
El objetivo de la presente invencion es desarrollar y proporcionar un conjunto de combustible y un elemento de separacion insertable (inserto) que tiene caractensticas mejoradas.
El logro de este objetivo permite obtener efectos tecnicos en la mejora general de la rigidez de la celula y, al mismo tiempo, se reduce la flexion de las barras de combustible a lo largo de un conjunto de combustible, asf como disminuye la resistencia hidraulica a un flujo de refrigerante y, al mismo tiempo, se incrementa el grado de mezcla de un flujo de refrigerante entre celulas adyacentes en un conjunto de combustible; la presion de contacto sobre la superficie de la barra de combustible se reduce, lo que significa menor desgaste de rozamiento de las barras de combustible.
Dichos efectos tecnicos se consiguen proporcionando un conjunto de combustible de acuerdo con la reivindicacion 1.
La caractenstica distintiva de la presente invencion, sobre algunas de la tecnica anterior, es que solo en las rejillas de separacion que estan dispuestas entre la primera y la ultima corriente abajo del flujo de refrigerante, al menos algunas de las celulas, a traves de las cuales pasan las barras de combustible, estan provistas de deflectores disenados para mezclar el flujo de refrigerante. En consecuencia, el grado de mezcla de un flujo de refrigerante a lo largo de la longitud de un conjunto de combustible se incrementa con la disminucion de la resistencia hidraulica. La resistencia hidraulica de un conjunto de combustible se reduce debido al hecho de que los deflectores, los cuales estan disenados para mezclar un flujo de refrigerante, no estan instalados en todas las rejillas de separacion, sino solo en aquellas que estan colocadas entre las rejillas de separacion de extremo, es decir, en las rejillas que se colocan entre la primera y la ultima corriente abajo del flujo de refrigerante. De hecho, un perfil (distribucion) de liberacion de energfa corriente abajo de un flujo de refrigerante (es decir, a lo largo de la altura del nucleo) es tal que los valores de la liberacion de energfa son mmimos en las secciones inferior y superior del nucleo del reactor, lo que garantiza, naturalmente, el mmimo calentamiento de un refrigerante en esas secciones. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invencion, es necesario proporcionar deflectores solo en dichas rejillas de separacion.
Ademas, dichos deflectores estan preferentemente hechos en forma de aletas dobladas en placas cruzadas.
Preferentemente, una longitud de las celulas a lo largo de su eje longitudinal se selecciona en el intervalo de 15 mm a 60 mm.
Ademas, un tamano de un elemento de separacion insertable dispuesto longitudinalmente en una celula se selecciona preferentemente en el intervalo de 5 mm a 20 mm.
Ademas, dicho elemento de separacion insertable esta preferentemente hecho con el contorno cerrado, en particular, presionando desde una preforma de tubo.
Dichos efectos tecnicos positivos tambien se consiguen por el hecho de que se proporciona un elemento de separacion insertable, que comprende una carcasa que tiene una seccion transversal de octagono formada por 5 cuatro caras que son redondeadas y convexas en la direccion del centro de dicho elemento y por cuatro caras situadas entre las mismas que tienen la forma concava hacia el centro de dicho elemento, estando dichas caras convexas disenadas para fijarse a una celula de la rejilla de separacion y estando dichas caras concavas disenadas para la fijacion de una barra de combustible, en el que dichas caras concavas tienen una seccion recta en sus partes centrales.
10 La caractenstica distintiva de la presente invencion en relacion con el elemento de separacion insertable (inserto), sobre algunas de la tecnica anterior, es que las caras concavas tienen una seccion recta en sus partes centrales.
En el resultado, el elemento de separacion de acuerdo con la presente invencion tiene las siguientes ventajas sobre el elemento insertable conocido:
- en comparacion con las superficies que son convexas hacia el eje de la barra de combustible, las caras planas
15 del elemento insertable de la invencion crean una presion de contacto que es varias veces menor, lo que reduce
el riesgo de un dano excesivo a la superficie de la barra de combustible y disminuye la posibilidad y el mdice de desgaste de rozamiento en operacion;
- a diferencia de una superficie convexa, la superficie plana del elemento insertable de la invencion garantiza sus propiedades elasticas, permitiendo compensar las diferencias en la geometna, la desalineacion de los ejes de
20 la barra de combustible y el elemento insertable y manteniendo las fuerzas aceptables creadas al pasar la barra
de combustible a traves de una rejilla de separacion cuando montan de manera ajustada.
Ademas, el radio de redondeo de las caras convexas esta en el intervalo de 8,5 mm a 11 mm.
La seccion recta esta preferentemente hecha en una longitud de 0,5 mm a 1,1 mm.
Breve descripcion de los dibujos
25 La figura 1 muestra un conjunto de combustible; la figura 2 muestra un fragmento de una rejilla de separacion, que comprende 9 celulas; la figura 3 muestra una celula (vista ampliada); la figura 4 muestra una seccion transversal de un elemento de separacion insertable (vista ampliada); la figura 5 muestra un fragmento de una placa (banda) que tiene recortes; la figura 6 muestra un fragmento de una placa (banda), que es ortogonal a la banda que se muestra en la figura 5; la figura 7 muestra un nodo de cruce mutuo de los recortes de las placas que forman 30 celulas (bandas).
Mejor manera de realizar la invencion
Un conjunto de combustible 1 comprende rejillas de separacion 2 que estan dispuestas a lo largo de la longitud del conjunto 1 corriente abajo de un flujo de refrigerante. Las rejillas de separacion 2 comprenden celulas 3 formadas por placas de cruce ortogonales 4. Cada celula 3, a traves de la cual pasa una barra de combustible 5, tiene un 35 elemento de separacion insertable 6 que abraza la barra de combustible 5 y esta disenado para la fijacion de la barra de combustible 5 que pasa a traves de la celula 3. Solo las rejillas de separacion que estan dispuestas entre la primera rejilla de separacion 7 y la ultima rejilla de separacion 8 corriente abajo del flujo de refrigerante, al menos algunas de las celulas 3, a traves de las cuales pasan las barras de combustible 5, estan provistas de deflectores 9 disenados para mezclar el flujo de refrigerante. Los deflectores 9 estan hechos de placas cruzadas 4 40 en forma de aletas dobladas 10. La longitud L de una celula 3 en la direccion de su eje longitudinal se selecciona en el intervalo de 15 mm a 60 mm. Un tamano del elemento de separacion insertable 6 a lo largo de la longitud L de una celula esta en el intervalo de 5 mm a 20 mm. El elemento de separacion insertable 6 tiene un contorno cerrado y se puede fabricar presionando una preforma de tubo. El elemento de separacion insertable 6 comprende una carcasa 11, que tiene una seccion transversal en forma de un octagono formado por cuatro caras 12 que son 45 redondeadas y convexas en la direccion del centro de dicho elemento y por cuatro caras 13 situadas entre las mismas que tienen forma concava hacia el centro de dicho elemento. Las caras convexas 12 estan disenadas para conectarse a una celula de la rejilla de separacion, y las caras concavas 13 estan disenadas para la fijacion de una barra de combustible. El radio R de la cara convexa redondeada es de 8,5 mm a 11 mm. Las caras concavas 13 tienen una seccion recta 14, cuya longitud h es de 0,5 mm a 1,1 mm en sus partes centrales. Las celulas 3 estan 50 formadas por la colocacion mutua de las placas (bandas) 4 en las ranuras 15. Para ello, la longitud de la banda debena ser al menos la mitad de la anchura de la banda. Las ranuras 15 de las placas (bandas) 4 situadas ortogonalmente estan orientadas hacia direcciones opuestas. El conjunto de combustible tambien comprende la boquilla superior 16, la tobera inferior 17, el tubo central 18 y los tubos de grna 19.
El conjunto de combustible de acuerdo con la presente invencion funciona de la siguiente manera. Un refrigerante pasa a traves de las celulas 3 y lava las superficies de las barras de combustible 5 situadas en las celulas. A la salida de la celula 3 el refrigerante interactua con las aletas 10, lo que resulta en su mezcla y, en consecuencia, en la igualacion de su temperatura sobre la seccion transversal del elemento de combustible.
5 El conjunto de combustible y el elemento de separacion insertable (inserto) de acuerdo con la presente invencion pueden realizarse mediante cualquier procedimiento conocido con el uso de tecnologfas y equipos estandar y no requieren la creacion, en principio, de nuevas herramientas.
Claims (11)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Conjunto de combustible (1) que comprende rejillas de separacion (2, 7, 8) dispuestas longitudinalmente del conjunto (1) a lo largo del flujo de refrigerante y que comprende celulas (3) formadas por placas ortogonales cruzadas (4), en el que dichas celulas (3) estan formadas por la colocacion mutua de las placas cruzadas (4) en ranuras (15) que estan orientadas hacia direcciones opuestas en las placas cruzadas (4) situadas ortogonalmente, y deflectores (9) disenados para mezclar el flujo de refrigerante estan dispuestos en el reborde superior de dichas placas cruzadas (4), estando dispuesto un elemento de separacion insertable (6) en cada celula (3), a traves de la cual pasa una barra de combustible (5), en el que dicho elemento (6) abraza la respectiva barra de combustible (5) y esta disenado para la fijacion de dicha barra de combustible (5) que pasa a traves de dicha celula (3), en el que no en todas las rejillas de separacion (2, 7, 8), sino solo en las rejillas de separacion (2) que estan dispuestas entre la primera (7) y la ultima (8) corriente abajo del flujo de refrigerante, algunas de las celulas (3), a traves de las cuales pasan las barras de combustible (5), estan provistas de deflectores (9) y en el que dicho elemento de separacion insertable (6) comprende una carcasa que tiene una seccion transversal de octagono formada por cuatro caras (12) que son redondeadas y convexas en la direccion desde el centro de dicho elemento (6) y por cuatro caras (13) situadas entre las mismas de forma concava hacia el centro de dicho elemento, estando dichas caras convexas (12) disenadas para conectarse a una celula de la rejilla de separacion (3) y estando disenadas dichas caras concavas (13) para fijar una barra de combustible (5), en el que dichas caras concavas (13) tienen una porcion recta (14) en su parte central.
- 2. Conjunto de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dichos deflectores (9) estan fabricados en forma de aletas dobladas (10).
- 3. Conjunto de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la longitud de la celula (3) a lo largo de su eje longitudinal se selecciona en el intervalo de 15 mm a 60 mm.
- 4. Conjunto de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la longitud de dicho elemento de separacion insertable (6) a lo largo de su eje longitudinal es de 5 mm a 20 mm.
- 5. Conjunto de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dicho elemento de separacion insertable (6) tiene un contorno cerrado.
- 6. Conjunto de combustible (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dicho elemento de separacion insertable (6) esta fabricado mediante la presion de una preforma de tubo.
- 7. Conjunto de combustible (1), que comprende un elemento de separacion insertable (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el radio redondeado de dichas caras convexas (12) es de 8,5 mm a 11 mm.
- 8. Conjunto de combustible (1), que comprende un elemento de separacion insertable (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la longitud de dicha porcion recta (14) es de 0,5 a 1,1 mm.
- 9. Conjunto de combustible (1), que comprende un elemento de separacion insertable (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque su longitud a lo largo del eje longitudinal es de 5 mm a 20 mm.
- 10. Conjunto de combustible (1), que comprende un elemento de separacion insertable (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque tiene un contorno cerrado.
- 11. Conjunto de combustible (1) que comprende un elemento de separacion insertable (6) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque dicho elemento de separacion insertable (6) esta fabricado mediante la presion de una preforma de tubo.
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