RU155570U1

RU155570U1 - FUEL FUEL ASSEMBLY

Info

Publication number: RU155570U1
Application number: RU2015115368/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Борис Александрович Дулькин; Наталия Александровна Дулькина; Дмитрий Русланович Коломиец; Сергей Русланович Коломиец
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-10-10

Abstract

Тепловыделяющая сборка ТВЭЛ, состоящая из верхнего и нижнего пучков ТВЭЛов, центральной трубы (стержня), направляющих концевых деталей (хвостовиков), крепежной гайки, центральной втулки, обжимных колец, фиксирующих ТВЭЛы в концевой решетке каркаса, и дистанционирующих решеток, равномерно расположенных по высоте пучков и закрепленных на центральной трубе в специальных пазах каркаса, отличающаяся тем, что между дистанционирующими решетками установлены гильзы с поперечными ребрами, вырезанными из боковой поверхности гильзы и отогнутыми в радиальном направлении, причем гильза состоит из двух полуцилиндров с внутренним диаметром, равным наружному диаметру каркаса, соединенных между собой пружинными скрепками.Fuel assembly of fuel rods, consisting of upper and lower bundles of fuel rods, a central tube (rod), guide end pieces (shanks), a fastening nut, a central sleeve, ferrules fixing the fuel rods in the end grid of the frame, and spacer grids evenly spaced along the height of the bundles and fixed on the central pipe in special grooves of the frame, characterized in that sleeves with transverse ribs cut from the side surface of the sleeve and bent in the radial direction are installed between the spacer grids, and the sleeve consists of two half-cylinders with an inner diameter equal to the outer diameter of the frame, connected between themselves with spring clips.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к теплообменным устройствам для охлаждения тепловыделяющей сборки (ТВС) отработанных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных реакторов циркуляционной охлаждающей водой в бассейнах выдержки и может найти применение в атомной промышленности.The proposed technical solution relates to heat exchange devices for cooling a fuel assembly (FA) of spent fuel elements (fuel elements) of nuclear reactors by circulating cooling water in holding pools and can be used in the nuclear industry.

Известны конструкции оребренных теплообменников с трубами, имеющими поперечные или продольные ребра прямоугольного, трапециевидного, спирального вида и др. (Касаткин А.Г, Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание 8-е, переработанное. М.: Химия, 1971. С. 352).Known designs of finned heat exchangers with pipes having transverse or longitudinal ribs of a rectangular, trapezoidal, spiral type, etc. (Kasatkin A.G., Basic processes and apparatuses of chemical technology. 8th edition, revised. M .: Chemistry, 1971. P. 352).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является невозможность установки таких стационарных ребер на каркас ТВС с пучками ТВЭЛов, то есть сборки и разборки каркасов с постоянно установленными на них ребрами, а каркасы без ребер имеют небольшую теплопередающую поверхность, что не обеспечивает необходимого теплопереноса от этой поверхности к циркуляционной охлаждающей воде.The reasons that impede the achievement of a given technical result is the impossibility of installing such stationary ribs on a fuel assembly frame with bundles of fuel elements, that is, assembling and disassembling frames with ribs permanently mounted on them, and frames without ribs have a small heat transfer surface, which does not provide the necessary heat transfer from this surface to the circulating cooling water.

Известна конструкция охлаждающей ловушки, содержащая корпус, змеевик-экономайзер, теплообменник и фильтр для охлаждения примесей, при этом теплообменник выполнен снаружи общего корпуса в виде кольцевой рубашки, заполненной стоячей жидкостью, например, жидким натрием, с внутренним трубчатым змеевиком для охлаждающей среды (описание изобретения к патенту СССР №291526,, G21C 15/02, G21C 15/24, 1971 г.).A known design of a cooling trap comprising a housing, an economizer coil, a heat exchanger and a filter for cooling impurities, the heat exchanger being made outside the common housing in the form of an annular jacket filled with standing liquid, for example, liquid sodium, with an internal tubular coil for a cooling medium (description of the invention to the USSR patent No. 291526 ,, G21C 15/02, G21C 15/24, 1971).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность использования корпуса охлаждающей ловушки в качестве ТВС отработанных ТВЭЛов, т.к. оно предназначено для жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов и при ее использовании в качестве ТВС отработанных ТВЭЛов не обеспечивает теплопереноса от корпуса к циркуляционной охлаждающей воде из-за недостаточной поверхности теплоотдачи.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the difficulty of using the cooling trap body as fuel assemblies for spent fuel elements, because it is intended for liquid metal coolants of nuclear reactors and, when used as a fuel assembly, spent fuel elements do not provide heat transfer from the housing to the circulating cooling water due to the insufficient heat transfer surface.

Известно устройство для охлаждения тепловыделяющей сборки с имитаторами ТВЭЛов, содержащее нижний фланец корпуса ТВС с выходящими из него имитаторами ТВЭЛов, включающими нижнюю часть имитаторов и нижнюю часть тоководов, подсоединенных к общему тоководу через гибкие токопроводящие элементы, при этом нижние части имитаторов ТВЭЛов размещены в блоке из высокопроводного материала, по периметру которого выполнена полость, а нижние части токопроводов размещены в емкости (описание изобретения к патенту РФ №2193244, G21C 15/00, G21C 15/06, G21C 15/18, G21C 17/00, 2002 г.).A device is known for cooling a fuel assembly with fuel element simulators, comprising a lower fuel assembly housing flange with fuel element simulators coming out of it, including the lower part of the simulators and the lower part of the current leads connected to the common current lead through flexible conductive elements, while the lower parts of the fuel element simulators are placed in the block a highly conductive material, a cavity is made around the perimeter, and the lower parts of the conductors are placed in a container (description of the invention to RF patent No. 2193244, G21C 15/00, G21C 15/06, G21C 15/18, G21C 17/00, 2002 g.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность теплоотдачи каркаса ТВС с имитаторами ТВЭЛов, что не обеспечивает необходимый теплоперенос от этой поверхности к циркуляционной охлаждающей воде.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the insufficient heat transfer surface of the fuel assembly frame with fuel element simulators, which does not provide the necessary heat transfer from this surface to the circulating cooling water.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, является тепловыделяющая сборка РБМК-1000, которая состоит из верхнего пучка ТВЭЛов, нижнего пучка ТВЭЛов, центральной трубы или центрального стержня, направляющих концевых деталей или хвостовиков, крепежной гайки и центральной втулки. Каждый из пучков имеет одинаковую конструкцию и состоит из 18 ТВЭЛов, каркаса, 18 обжимных колец, фиксирующих ТВЭЛы в концевой решетке каркаса. Каркас состоит из трубы наружным диаметром 15 мм и толщиной стенки 1,25 мм, одной концевой и 10 дистанционирующих решеток. Дистанционирующие решетки располагаются по высоте пучка с шагом 360 мм и укрепляются на центральной трубе в специальные пазы трубы каркаса. ТВЭЛы с помощью обжимных колец крепятся в концевой решетке. Вся конструкция «висит» на центральном стержне (трубе), на котором последовательно устанавливают верхний хвостовик, верхний пучок ТВЭЛов, центральную втулку, нижний пучок ТВЭЛов, нижний хвостовик и гайку (Смоленская АЭС. I очередь. Техническое обоснование безопасности. Часть 2. Книга 1. АО «Атомэнергопроект»). Тепловыделяющую сборку (ТВС) погружают в бассейн выдержки с циркуляционной охлаждающей водой.The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is the RBMK-1000 fuel assembly, which consists of an upper beam of fuel rods, a lower beam of fuel rods, a central tube or central rod, guides of end pieces or shanks, a fixing nut and a central bushing . Each of the beams has the same design and consists of 18 fuel elements, a frame, 18 crimp rings that fix the fuel elements in the end grid of the frame. The frame consists of a pipe with an outer diameter of 15 mm and a wall thickness of 1.25 mm, one end and 10 spacer grids. The spacer grids are positioned along the height of the beam with a pitch of 360 mm and are fixed on the central pipe in special grooves of the frame pipe. The fuel rods with crimp rings are mounted in the end grid. The whole structure "hangs" on the central rod (pipe), on which the upper shank, the upper bundle of fuel rods, the central sleeve, the lower bundle of fuel rods, the lower shank and the nut (Smolensk NPP. Stage I. Technical safety justification. Part 2. Book 1) are sequentially installed. . Atomenergoproekt JSC). The fuel assembly (FA) is immersed in a holding pool with circulating cooling water.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточный теплоперенос от поверхности каркаса ТВЭЛов к циркуляционной охлаждающей воде в бассейне выдержки, особенно при аварийной выгрузке, когда тепловая мощность тепловыделяющих сборок значительно возрастает.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include insufficient heat transfer from the surface of the fuel rod frame to the circulating cooling water in the holding pool, especially during emergency unloading, when the heat output of the fuel assemblies increases significantly.

Техническим результатом является увеличение интенсивности теплопереноса от каркаса ТВС с ТВЭЛами к циркуляционной охлаждающей воде в бассейне выдержки.The technical result is an increase in the intensity of heat transfer from the frame of a fuel assembly with fuel elements to the circulating cooling water in the holding pool.

Технический результат достигается тем, что в теплопередающей сборке ТВЭЛ, состоящей из верхнего и нижнего пучков ТВЭЛов, центральной трубы (стержня), направляющих концевых деталей (хвостовиков), крепежной гайки, центральной втулки, обжимных колец, фиксирующих ТВЭЛы в концевой решетке каркаса, и дистанционирующих решеток, равномерно расположенных по высоте пучков и закрепленных на центральной трубе в специальных пазах каркаса, при этом между дистанционирующими решетками установлены гильзы с поперечными ребрами, вырезанными из боковой поверхности гильзы и отогнутыми в радиальном направлении, причем гильза состоит из двух полуцилиндров с внутренним диаметром, равным наружному диаметру каркаса, соединенных между собой пружинными скрепками.The technical result is achieved by the fact that in the heat transfer assembly of the fuel rods, consisting of the upper and lower bundles of the fuel rods, the central pipe (rod), the guide end parts (shanks), the mounting nut, the central sleeve, crimp rings, fixing the fuel rods in the end grid of the frame, and distance gratings uniformly located along the height of the beams and fixed on the central tube in special grooves of the frame, while between the spacer grids there are sleeves with transverse ribs cut from the side surface of the sleeve and bent in a radial direction, wherein the sleeve consists of two half cylinders with an inner diameter equal to the outer diameter of the carcass interconnected by spring clips.

Установка на каркасе между дистанционирующими решетками гильзы с поперечными ребрами позволяет увеличить поверхность теплоотдачи от каркаса к циркуляционной охлаждающей воде, что приводит к росту теплопереноса от поверхности каркаса и гильз с поперечными ребрами к циркуляционной воде.The installation on the frame between the spacer grids of the sleeve with transverse ribs allows you to increase the heat transfer surface from the frame to the circulation cooling water, which leads to an increase in heat transfer from the surface of the frame and the sleeves with transverse ribs to the circulation water.

Изготовление гильзы из двух полуцилиндров позволяет изготавливать ребра из боковой стенки гильзы полуцилиндров, а саму гильзу с поперечными ребрами делать съемной, что упрощает изготовление и монтаж гильзы на поверхность каркаса между дистанционирующими решетками, уменьшает термическое сопротивление материала гильзы и увеличивает теплоперенос от поверхности каркаса, боковых поверхностей ребер и поверхностей полуцилиндров гильзы, сопряженных с поверхностью каркаса.The manufacture of a sleeve from two half-cylinders makes it possible to make ribs from the side wall of the sleeve of the half-cylinders, and to make the sleeve itself with transverse ribs, which simplifies the manufacture and installation of the sleeve on the surface of the frame between the spacer grids, reduces the thermal resistance of the material of the sleeve and increases the heat transfer from the surface of the sleeve, side surfaces ribs and surfaces of the sleeve half-cylinders mating with the surface of the frame.

Изготовление гильзы в виде двух полуцилиндров с внутренним диаметром, равным наружному диаметру каркаса, позволяет обеспечить при установке полуцилиндров на каркас между дистанционирующими решетками плотное прилегание их к внутренней поверхности каркаса, что снижает термическое сопротивление между этими поверхностями и увеличивает теплоперенос от поверхностей каркаса и гильз с поперечными ребрами к циркуляционной охлаждающей воде.The manufacture of a sleeve in the form of two half-cylinders with an inner diameter equal to the outer diameter of the frame allows to ensure that when installing the half-cylinders on the frame between the spacer grids, they fit snugly against the inner surface of the frame, which reduces the thermal resistance between these surfaces and increases the heat transfer from the surfaces of the frame and sleeves with transverse ribs to the circulating cooling water.

Соединение полуцилиндров гильзы пружинными скрепками усиливает плотность прилегания внутренних поверхностей полуцилиндров гильзы с ребрами к наружной поверхности каркаса, что также уменьшает термическое сопротивление этих поверхностей и приводит к дополнительному возрастанию теплопереноса от теплопередающих поверхностей каркаса и гильзы с ребрами к циркуляционной охлаждающей воде.The connection of the sleeve half-cylinders with spring clips enhances the tightness of the inner surfaces of the sleeve half-cylinders with ribs to the outer surface of the frame, which also reduces the thermal resistance of these surfaces and leads to an additional increase in heat transfer from the heat transfer surfaces of the frame and sleeve with ribs to the circulating cooling water.

Таким образом, установка между дистанционирующими решетками гильз с поперечными ребрами, вырезанными из боковой поверхности гильзы и отогнутыми в радиальном направлении, а изготовление самой гильзы в виде двух полуцилиндров с внутренним диаметром, равным наружному диаметру каркаса и соединенных между собой пружинными скрепками, позволяет увеличить поверхность теплоотвода от каркаса к циркуляционной охлаждающей воде на величину поверхностей ребер, снизить термическое сопротивление за счет плотного прилегания внутренней поверхности каждой гильзы к боковой поверхности каркаса и увеличить теплоотвод.Thus, the installation of sleeve between spacer grids with transverse ribs cut from the side surface of the sleeve and bent in the radial direction, and the manufacture of the sleeve itself in the form of two half cylinders with an inner diameter equal to the outer diameter of the frame and interconnected by spring clips, allows you to increase the surface of the heat sink from the frame to the circulating cooling water by the size of the surface of the ribs, reduce thermal resistance due to the tight fit of the inner surface each carcass sleeve to the side surface and increase heat dissipation.

На фиг. 1 изображен общий вид тепловыделяющей сборки (ТВС) с ТВЭЛами с предлагаемой конструкцией гильзы на поверхности ТВС; на фиг. 2 - поперечный разрез ТВС и гильзы с поперечными ребрами на полуцилиндрах, образующих гильзу; на фиг. 3 изображена гильза в аксонометрическом виде, на фиг. 4 - пружинная скрепка.In FIG. 1 shows a General view of a fuel assembly (FA) with fuel elements with the proposed design of the liner on the surface of the fuel assembly; in FIG. 2 is a transverse section of a fuel assembly and a sleeve with transverse ribs on the half-cylinders forming the sleeve; in FIG. 3 shows a sleeve in a perspective view, in FIG. 4 - spring clip.

Тепловыделяющая сборка состоит из верхнего 1 и нижнего 2 пучков ТВЭЛов 3, центральной трубы (стержня) 4, направляющих концевых деталей - хвостиков 5, крепежной гайки 6, центральной втулки 7, обжимных колец 8, фиксирующих ТВЭЛы 3 в концевой решетке 9 каркаса 10 с наружным диаметром D_н и дистанционирующих решеток 11, равномерно расположенных по высоте пучков 1 и 2 и закрепленных на центральной трубе 4 в специальных пазах каркаса 10, установленных между дистанционирующими решетками 11 гильз 12 с поперечными ребрами 13, вырезанными из боковой поверхности гильзы 12 и отогнутыми в радиальном направлении, при этом каждая гильза 12 состоит из двух полуцилиндров 14 с внутренним диаметром d_в, равным наружному диаметру D_н каркаса 10. Полуцилиндры 14 соединены между собой пружинными скрепками 15, концы которых закреплены в отверстиях 16, выполненных на поверхности ребер 13.The fuel assembly consists of the upper 1 and lower 2 bundles of fuel rods 3, the central tube (rod) 4, the guide end parts - the tail 5, the fixing nut 6, the central sleeve 7, crimp rings 8, fixing the fuel rods 3 in the end grid 9 of the frame 10 with the outer _n and diameter D of spacer grids 11 spaced uniformly adjustment beams 1 and 2 mounted on the central tube 4 in special frame slots 10 established between the spacers 11 of sleeves 12 with the transverse ribs 13, cut out of the lateral thrust surface zy 12 and bent in the radial direction, each sleeve 12 is comprised of two half cylinders 14 with an inner diameter d _to equal to the outer diameter D _n frame 10. semicylinders 14 are interconnected by spring clips 15, the ends of which are fixed in holes 16 formed on ribs 13.

Работа тепловыделяющей сборки ТВЭЛ осуществляется следующим образом.The fuel assembly of a fuel rod is as follows.

Каждую гильзу 12 монтируют на тепловыделяющую сборку следующим образом. Два полуцилиндра 14 плотно прикладывают с двух смежных сторон к каркасу 10 и в отверстие 16 вставляют концы пружинных скрепок 15. Так как внутренний диаметр d_в полуцилиндров 14 равен наружному диаметру D_н каркаса 10, то внутренние поверхности полуцилиндров 14 плотно прилегают к наружной поверхности каркаса 10, а пружинные скрепки 15 прочно удерживают оба полуцилиндра 14 между дистанционирующими решетками 11 за счет упругих сил растяжения, образуя гильзу 12 с поперечными ребрами 13 на поверхности каркаса 10.Each sleeve 12 is mounted on a fuel assembly as follows. Two half-cylinders 14 are tightly applied from two adjacent sides to the frame 10 and the ends of the spring clips 15 are inserted into the hole 16. Since the inner diameter d _{in the} half-cylinders 14 is equal to the outer diameter D _{n of the} frame 10, the inner surfaces of the half-cylinders 14 are snug against the outer surface of the frame 10 and spring clips 15 firmly hold both half cylinders 14 between the spacer grids 11 due to elastic tensile forces, forming a sleeve 12 with transverse ribs 13 on the surface of the frame 10.

Тепловыделяющую сборку ТВЭЛов 3 с установленными на каркасе 10 между дистанционирующими решетками 11 гильзами 12 с поперечными ребрами 13 погружают в циркуляционную охлаждающую воду бассейна выдержки, в котором тепло отработанных ТВЭЛов 3 через поверхность каркаса 10, поверхность гильз 12 и поверхность ребер 13 передается за счет теплоотдачи к циркуляционной воде.The fuel assembly of the fuel rods 3 with the sleeves 12 with the cross ribs 13 installed on the frame 10 between the spacer grids 11 is immersed in the cooling water of the holding pool, in which the heat of the spent fuel rods 3 through the surface of the frame 10, the surface of the sleeves 12 and the surface of the ribs 13 are transferred through heat transfer to circulating water.

Так как теплопередающая поверхность предлагаемой конструкции тепловыделяющей сборки ТВЭЛов 3 больше теплопередающей поверхности каркаса 10 за счет дополнительной поверхности поперечных ребер 13 на 30-50%, то настолько же возрастает и теплоперенос от каркаса 10 к циркуляционной охлаждающей воде, что особенно важно при аварийной выгрузке, когда тепловая мощность тепловыделяющих сборок ТВЭЛов 3 значительно возрастает.Since the heat transfer surface of the proposed design of the fuel assembly of the fuel elements 3 is larger than the heat transfer surface of the frame 10 due to the additional surface of the transverse ribs 13 by 30-50%, the heat transfer from the frame 10 to the circulating cooling water also increases, which is especially important during emergency unloading, when the thermal power of the fuel assemblies of the fuel elements 3 increases significantly.

Предлагаемая конструкция гильзы 12, состоящей из полуцилиндров 14 с поперечными ребрами 13 и пружинных скрепок 15, несложна в изготовлении, монтаже и эксплуатации, так как не требует никаких изменений в конструкции узлов и деталей известной тепловыделяющей сборки ТВЭЛов 3.The proposed design of the sleeve 12, consisting of half cylinders 14 with transverse ribs 13 and spring clips 15, is simple to manufacture, install and operate, since it does not require any changes in the design of the assemblies and parts of the known fuel assembly of the fuel elements 3.

Claims

The fuel assembly of the fuel rods, consisting of the upper and lower bundles of fuel rods, the central tube (rod), guiding end parts (shanks), a fixing nut, the central sleeve, crimp rings, fixing the fuel rods in the end grid of the frame, and spacer grids evenly spaced along the height of the bundles and fixed on the central tube in special grooves of the frame, characterized in that between the spacer grids there are sleeves with transverse ribs cut from the side surface of the sleeve and bent into radial direction, and the liner consists of two half-cylinders with an inner diameter equal to the outer diameter of the frame, interconnected by spring clips.