RU2150152C1 - Nuclear reactor fuel element - Google Patents

Nuclear reactor fuel element Download PDF

Info

Publication number
RU2150152C1
RU2150152C1 RU98120031A RU98120031A RU2150152C1 RU 2150152 C1 RU2150152 C1 RU 2150152C1 RU 98120031 A RU98120031 A RU 98120031A RU 98120031 A RU98120031 A RU 98120031A RU 2150152 C1 RU2150152 C1 RU 2150152C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turns
spring
fuel
compensating
group
Prior art date
Application number
RU98120031A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Курсков
А.В. Иванов
С.П. Матвеев
Г.А. Симаков
Ю.Н. Бабенко
Б.И. Янюк
Н.В. Боков
В.И. Боевой
Г.Г. Потоскаев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
Priority to RU98120031A priority Critical patent/RU2150152C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2150152C1 publication Critical patent/RU2150152C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

FIELD: water-moderated power reactors. SUBSTANCE: fuel element is designed to organize core in water-moderated power reactor of thermal capacity higher than 2600 MW. Thermal element is proposed to have cylindrical spring to hold down fuel pile. Spring has locking, damping, and compensating groups of turns at definite ratio of compensating and buffer groups to total length of spring in released state. With relatively short length of fuel element space for locating the spring, number of compensating and damping turns is strictly regulated; turn wire diameter is 1.4 to 1.6 mm. EFFECT: improved service life and fuel burn-up, reduced specific stresses on spring. 9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предполагающих наличие в своем составе устройств и средств для фиксации ядерного топлива при его транспортировке, изготовлении и пр., а также для поджатия во время эксплуатации топлива, например в виде таблеток, с требуемым усилием, и может быть использовано, в частности, в твэлах с ограничением по длине пространства, предназначенного для размещения такого средства, особенно при производстве твэлов для действующих канальных уран-графитовых реакторов с тепловой мощностью более 2600 МВт (например РБМК-1000, 1500) или в реакторах с аналогичными особенностями в конструкции твэлов. The invention relates to nuclear technology, in particular to the designs of rod fuel elements (fuel elements), which include the presence of devices and means for fixing nuclear fuel during its transportation, manufacture, etc., as well as for preloading during operation of the fuel, for example in the form tablets, with the required effort, and can be used, in particular, in fuel rods with a restriction on the length of the space intended to accommodate such a tool, especially in the manufacture of fuel rods for existing channel uranium-graphite reactors with a thermal power of more than 2600 MW (for example RBMK-1000, 1500) or in reactors with similar features in the design of fuel elements.

Уровень техники. The prior art.

Функционирование стержневых твэлов в процессе эксплуатации тепловыделяющей сборки предполагает изменение длины столба ядерного топлива при изменениях температуры. Возможные изменения длины столба ядерного топлива, в частности при изготовлении его в виде таблеток, предполагают необходимость фиксации столба с целью исключения разрывов в топливном столбе при одновременном обеспечении возможности компенсации изменений длины столба ядерного топлива. The operation of rod fuel rods during operation of a fuel assembly involves a change in the length of a column of nuclear fuel with temperature changes. Possible changes in the length of the column of nuclear fuel, in particular in the manufacture of it in the form of tablets, suggest the need to fix the column in order to eliminate gaps in the fuel column while ensuring compensation for changes in the length of the column of nuclear fuel.

Для этого в настоящее время широко используются средства для поджатия столба ядерного топлива в виде цилиндрических пружин различных конструкций. При установке пружины непосредственно между столбом ядерного топлива и концевой заглушкой (см. патент США N 3713975, кл. G 21 C 3/18. 1975 г., заявка Великобритании N 1439207, кл. G 21 C 3/18, 1976 г.), обеспечивается наиболее полное использование предназначенного для размещения пружины пространства твэла, выполняющего также функцию газосборника. To do this, currently widely used means for preloading a column of nuclear fuel in the form of coil springs of various designs. When installing the spring directly between the nuclear fuel column and the end cap (see US patent N 3713975, CL G 21 C 3/18. 1975, UK application N 1439207, CL G 21 C 3/18, 1976) provides the most complete use of the fuel space intended for placement of the spring, which also performs the function of a gas collector.

Однако такие конструкции, предполагающие непосредственный контакт одного из торцев пружины с концевой заглушкой, имеют недостаток, заключающийся в следующем. При снаряжении твэла после установки пружины, проводится сварка концевой заглушки с оболочкой. Выступающая за пределы твэла пружина создает технологические проблемы при сборке твэла и сварке оболочки с концевой заглушкой. However, such designs, involving direct contact of one of the ends of the spring with the end cap, have the disadvantage of the following. When the fuel rod is equipped after installing the spring, the end cap with the sheath is welded. A spring extending beyond the limits of a fuel element creates technological problems when assembling a fuel element and welding a sheath with an end cap.

Поэтому были разработаны тепловыделяющие элементы, в которых один из концов цилиндрической пружины отстоит на некотором расстоянии от концевой заглушки, т. е. удален из зоны сварки. Фиксация пружины внутри оболочки обеспечивается в этом случае за счет выполнения витков пружины со стороны заглушки с наружным диаметром несколько большим чем внутренний диаметр оболочки, что обеспечивает требуемое усилие закрепления пружины за счет трения (см. авторское свидетельство СССР N 704363, кл. G 21 C 3/17, 1985 г. ). Therefore, fuel elements were developed in which one of the ends of the coil spring is spaced at some distance from the end cap, i.e., removed from the welding zone. The fixing of the spring inside the shell is ensured in this case by performing spring coils from the side of the plug with an outer diameter slightly larger than the inner diameter of the shell, which ensures the required spring fixing force due to friction (see USSR author's certificate N 704363, class G 21 C 3 / 17, 1985).

Наличие двух групп витков - фиксирующей с наружным диаметром, превышающим внутренний диаметр оболочки, и компенсирующей с диаметром, меньшим чем внутренний диаметр оболочки упрощает процесс изготовления твэлов в автоматизированном режиме. Но за счет достаточно жесткого соединения витков фиксирующей группы с оболочкой в процессе эксплуатации такой пружины возникают негативные моменты, обусловленные следующими факторами. В месте перехода витков компенсирующей группы в витки фиксирующей группы возникают значительные напряжения, поскольку в данной области возникают динамические усилия, аналогичные усилиям в "глухой заделке". Естественно, что при радиационном облучении происходит охрупчивание материала, что еще более усугубляет ситуацию. Поэтому при силовом воздействии может произойти разрушение пружины в месте перехода с диаметра компенсирующей группы на диаметр фиксирующей группы витков. Под действием расширяющегося топливного столба, вибраций и иных причин витки компенсирующей группы вкручиваются внутрь витков фиксирующей группы. Следствием этого процесса является снижение усилия поджатия топливного столба с образованием в топливном столбе недопустимых осевых зазоров между таблетками ядерного топлива в процессе эксплуатации. The presence of two groups of turns - fixing with an outer diameter greater than the inner diameter of the shell, and compensating with a diameter smaller than the inner diameter of the shell simplifies the process of manufacturing fuel elements in an automated mode. But due to the rather rigid connection of the turns of the fixing group with the shell during operation of such a spring, negative moments arise due to the following factors. Significant stresses arise at the transition point of the turns of the compensating group into the turns of the fixing group, since dynamic forces arise in this area, similar to the efforts in “blind termination”. Naturally, radiation exposure causes embrittlement of the material, which further exacerbates the situation. Therefore, under a force action, a spring can break at the point of transition from the diameter of the compensating group to the diameter of the fixing group of turns. Under the influence of the expanding fuel column, vibrations and other reasons, the turns of the compensating group are screwed into the turns of the fixing group. The consequence of this process is a reduction in the preload force of the fuel column with the formation in the fuel column of unacceptable axial clearances between the tablets of nuclear fuel during operation.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому является тепловыделяющий элемент ядерного реактора, содержащий средство для поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины, имеющей последовательно расположенные от топливного столба компенсирующую, буферную и фиксирующую группы витков, в которых наружный диаметр витков буферной группы больше внутреннего диаметра витков фиксирующей группы, а шаг витков буферной группы меньше шага витков компенсирующей группы (см. патент США N 4871509, кл. G 21 C 3/00, 1989 г.). The closest in technical essence to the described is a nuclear reactor fuel element containing means for preloading the fuel column in the form of a cylindrical spring having compensating, buffer and fixing groups of turns in series from the fuel column, in which the outer diameter of the turns of the buffer group is larger than the inner diameter of the turns of the fixing group, and the step of the turns of the buffer group is less than the step of the turns of the compensating group (see US patent N 4871509, CL G 21 C 3/00, 1989).

Наличие в известном тепловыделяющем элементе буферной группы витков, располагаемой между витками фиксирующей и компенсирующей групп, исключает возможность вкручивания витков компенсирующей группы в витки фиксирующей группы при разрушении пружины в месте перехода витков с диаметра компенсирующей группы на диаметр фиксирующей группы за счет различного шага витков компенсирующей и буферной групп. Действительно, меньший шаг витков буферной группы предполагает их полную сомкнутость ранее чем полностью сомкнутся витки компенсирующей группы и невозможность вкручивания в витки фиксирующей группы. The presence in the known fuel element of the buffer group of turns located between the turns of the fixing and compensating groups excludes the possibility of screwing the turns of the compensating group into the turns of the fixing group when the spring breaks at the transition point of the turns from the diameter of the compensating group to the diameter of the fixing group due to the different pitch of the turns of the compensating and buffer groups. Indeed, a smaller step of the turns of the buffer group implies their complete closure before the turns of the compensating group are completely closed and the impossibility of screwing them into the turns of the fixing group.

Однако использование данной конструкции цилиндрической пружины в составе тепловыделяющего элемента, имеющего относительно небольшую длину пространства для размещения пружины при одновременном относительно большом заданном усилии поджатия вызывает значительные трудности. При длине L объема (пространства) для установки пружины от 125,0 до 230,0 мм, необходимо с одной стороны обеспечить требуемое усилие поджатия топливного столба, а, с другой стороны обеспечить достаточное расширение топливного столба. При усилии поджатия величиной от 5 до 7 кгс практически недопустимо функционирование пружины в области пластических деформаций, т. к. в этом случае после незначительной пластической деформации пружина не в состоянии определенное время обеспечить необходимое усилие поджатия, которое возможно лишь при последующем расширении топливного столба. Достаточно значительная величина усилия поджатия обусловлена тем, что тепловыделяющие сборки реактора типа РБМК содержат два вертикальных пучка твэлов, симметрично ориентированных относительно стыка сборок. Поэтому в одном пучке твэлов пружины компенсируют лишь изменения удлинения топливного столба, а в другом пучке твэлов пружины должны дополнительно воспринимать массу топливного столба. Данная ситуация усугубляется при значительном маневрировании мощностью реактора, в частности при перегрузке реактора на ходу, когда твэл в составе тепловыделяющей сборки перегружается в менее энергонапряженную область активной зоны из области более энергонапряженной, что специфично для канальных уран-графитовых реакторов типа РБМК-1000, 1500. В этом случае имеют место существенные ограниченные во времени сжатия пружины и как следствие ее пластическая деформация с потерей упругих свойств, что приведет к образованию осевых зазоров в топливном столбе, уменьшит ресурс твэла и глубину выгорания топлива. However, the use of this design of a cylindrical spring as part of a fuel element having a relatively small length of space for accommodating the spring while at the same time a relatively large predetermined preload force causes considerable difficulties. With the length L of the volume (space) for installing the spring from 125.0 to 230.0 mm, it is necessary on the one hand to provide the required compression force of the fuel column, and, on the other hand, to ensure sufficient expansion of the fuel column. With a preload force of 5 to 7 kgf, the functioning of the spring in the field of plastic deformations is practically unacceptable, because in this case, after a slight plastic deformation, the spring is not able to provide the necessary preload force for a certain time, which is possible only with the subsequent expansion of the fuel column. A sufficiently significant magnitude of the preload force is due to the fact that the fuel assemblies of the RBMK type reactor contain two vertical bundles of fuel rods symmetrically oriented relative to the joint of the assemblies. Therefore, in one bundle of fuel rods, the springs compensate only for changes in the elongation of the fuel column, and in another bundle of fuel rods, the springs must additionally perceive the mass of the fuel column. This situation is aggravated by significant maneuvering of the reactor power, in particular, when the reactor is overloaded on the fly, when the fuel rod as part of the fuel assembly is loaded into the less energy-intensive region of the core from the region of more energy-stressed, which is specific for RBMK-1000, 1500 type uranium-graphite reactors. In this case, there are significant time-limited compression of the spring and, as a consequence, its plastic deformation with loss of elastic properties, which will lead to the formation of axial clearances in the fuel SG post, shortening the life of the fuel element and the depth of fuel burnup.

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции тепловыделяющего элемента с повышенной надежностью в условиях маневрирования мощности реактора и тепловыделяющей сборки при повышении эффективности использования топлива. The objective of the present invention is to provide a design of a fuel element with high reliability in conditions of maneuvering the power of the reactor and fuel assembly while increasing fuel efficiency.

В результате решения данных задач могут быть реализованы новые технические результаты, заключающиеся в увеличении ресурса тепловыделяющего элемента, повышении глубины выгорания топлива. As a result of solving these problems, new technical results can be realized, consisting in increasing the resource of the fuel element, increasing the fuel burnup depth.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в тепловыделяющем элементе ядерного реактора, преимущественно канального уран-графитового тепловой мощностью более 2600 МВт, содержащем средство для поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины, имеющей последовательно расположенные от топливного столба компенсирующую, буферную и фиксирующую группы витков, в которых наружный диаметр витков буферной группы больше внутреннего диаметра витков фиксирующей группы, а шаг витков буферной группы меньше шага витков компенсирующей группы, при значении длины L объема для установки пружины от 125,0 до 230,0 мм и заданном усилии поджатия от 5,0 до 7 кгс, отношение длины Lкб компенсирующей и буферной групп витков к суммарной длине L0 всех групп витков при свободном состоянии пружины выбрано от 0,8 до 0,88, причем количество витков компенсирующей и буферной групп составляет от 36-и до 38-и, а диаметр d их проволоки выбран от 1,4 до 1,6 мм.These technical results are achieved by the fact that in a fuel element of a nuclear reactor, mainly channel uranium-graphite with a thermal power of more than 2600 MW, containing means for compressing the fuel column in the form of a cylindrical spring having compensating, buffer and fixing groups of turns in series from the fuel column, of which the outer diameter of the turns of the buffer group is greater than the internal diameter of the turns of the fixing group, and the step of the turns of the buffer group is less than the step of the turns of group, with the value of the length L of the volume for installing the spring from 125.0 to 230.0 mm and the specified preload force from 5.0 to 7 kgf, the ratio of the length L kb of the compensating and buffer groups of turns to the total length L 0 of all groups of turns at in the free state of the spring, from 0.8 to 0.88 is selected, the number of turns of the compensating and buffer groups being from 36 to 38, and the diameter d of their wire is selected from 1.4 to 1.6 mm.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является выбор отношения длины Lкб компенсирующей и буферной групп витков к суммарной длине L0 всех групп витков при свободном состоянии пружины в определенном диапазоне. При значении величины указанного отношения меньше чем 0,8 цилиндрическая пружина не обеспечит требуемый ход до соприкосновения витков ввиду недостаточной длины компенсирующей группы. Абсолютное увеличение длины компенсирующей группы витков невозможно в связи с малой длиной объема для размещения пружины. При величине отношения больше 0,88 длина фиксирующей группы витков недостаточна для надежного закрепления пружины внутри оболочки.A distinctive feature of the present invention is the choice of the ratio of the length L kb of the compensating and buffer groups of turns to the total length L 0 of all groups of turns with the free state of the spring in a certain range. When the value of the specified ratio is less than 0.8, the coil spring will not provide the required stroke until the coils touch, due to the insufficient length of the compensating group. An absolute increase in the length of the compensating group of turns is impossible due to the small length of the volume to accommodate the spring. When the ratio is greater than 0.88, the length of the fixing group of turns is not sufficient for reliable fastening of the spring inside the shell.

Причем при выборе указанного диапазона отношения необходимо также учитывать требование, касающееся функционирования пружины в области упругих деформаций при обеспечении необходимого усилия поджатия. Это условие соблюдается лишь при определенном выборе значений диаметра d проволоки и/или количества витков компенсирующей и буферной групп. Moreover, when choosing the specified range of relations, it is also necessary to take into account the requirement regarding the functioning of the spring in the field of elastic deformations while ensuring the necessary compressive force. This condition is met only with a certain choice of the diameter d of the wire and / or the number of turns of the compensating and buffer groups.

Экспериментально было установлено, что функционирование пружины возможно с сохранением ее требуемых характеристик при заданном поджатии в области упругих деформаций, только при количестве витков буферной и компенсирующей групп от 36-ти до 38-и и диаметре d проволоки от 1,4 до 1,6 мм. Данные параметры однозначно определяют в свою очередь также и необходимый ход до смыкания витков компенсирующей группы. It was experimentally established that the functioning of the spring is possible while maintaining its required characteristics for a given preload in the field of elastic deformations, only with the number of turns of the buffer and compensating groups from 36 to 38 and the diameter d of the wire from 1.4 to 1.6 mm . These parameters uniquely determine, in turn, the necessary course before closing the turns of the compensating group.

Целесообразно шаг витков буферной группы при свободном состоянии пружины выбирать из условия, что они сомкнуты при поджатии топливного столба компенсирующей группой витков цилиндрической пружины в штатном режиме эксплуатации, а в качестве объема для установки пружины использовать газосборник продуктов деления. It is advisable to choose the step of the turns of the buffer group when the spring is free, from the condition that they are closed when the fuel column is pressed by the compensating group of turns of the coil spring in normal operation, and use the gas collector of fission products as the volume for installing the spring.

Шаг tк витков компенсирующей группы при свободном состоянии пружины может быть от 3,0 до 3,4 мм, а шаг tф витков фиксирующей группы при свободном состоянии пружины - от 4,0 до 8,0 мм.The step t to the turns of the compensating group with the free state of the spring can be from 3.0 to 3.4 mm, and the step t f of the turns of the fixing group with the free state of the spring can be from 4.0 to 8.0 mm.

Кроме того, количество витков фиксирующей группы может быть выбрано от трех до четырех, количество витков буферной группы от одного до двух, при суммарном количестве витков фиксирующей, буферной и компенсирующей групп от 39-и до 42-х. In addition, the number of turns of the fixing group can be selected from three to four, the number of turns of the buffer group from one to two, with the total number of turns of the fixing, buffer and compensating groups from 39 to 42.

Предпочтительно пружину выполнять из железохромоникелевого сплава с высокими механическими свойствами, релаксационной и радиационной стойкостью. Preferably, the spring is made of an iron-chromium-nickel alloy with high mechanical properties, relaxation and radiation resistance.

Перечень фигур чертежей. The list of figures drawings.

На фиг. 1 показан общий вид тепловыделяющего элемента; на фиг. 2 изображено средство для поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины в свободном состоянии. In FIG. 1 shows a general view of a fuel element; in FIG. 2 shows means for preloading a fuel column in the form of a coil spring in a free state.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.

Тепловыделяющий элемент 1 содержит оболочку 2, в которой размещен топливный столб, набранный из таблеток 3 ядерного топлива. Тепловыделяющий элемент загерметизирован нижней 4 и верхней 5 концевыми заглушками, приваренными к оболочке 2. Со стороны верхней заглушки 5 в твэле установлено средство поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины 6, располагаемой в газосборнике 7 продуктов деления, который выполняет функцию объема для размещения средства поджатия топливного столба. Цилиндрическая пружина имеет фиксирующую 8 и компенсирующую 9 группы витков, между которыми расположена буферная группа 10. The fuel element 1 contains a shell 2, in which is placed a fuel column, recruited from tablets 3 of nuclear fuel. The fuel element is sealed with the lower 4 and upper 5 end caps welded to the sheath 2. On the side of the upper cap 5 in the fuel element there is a means for compressing the fuel column in the form of a cylindrical spring 6 located in the gas collector 7 of fission products, which performs the function of volume for accommodating the means for compressing the fuel pillar. The cylindrical spring has a fixing 8 and compensating 9 groups of turns, between which there is a buffer group 10.

Установка и функционирование цилиндрической пружины осуществляется следующим образом (на примере твэла РБМК-1000). Изготавливают двухступенчатую пружину с диаметром Dф витков фиксирующей группы, превышающим внутренний диаметр D оболочки. Значение величины D для тепловыделяющего элемента реактора РБМК-1000 составляет 11,7+0,1 мм, а значение диаметра Dф составляет 12,2-0,3 мм. Значение диаметра Dкб витков компенсирующей и буферной групп выбирают равным от 9,5 до 10,5 мм, что позволяет располагать витки компенсирующей группы с гарантированным зазором внутри оболочки для свободного сжатия витков компенсирующей группы. Разность между минимальным значением внутреннего диаметра D оболочки и максимальным значением диаметра Dкб должна быть по крайней мере больше величины приращения диаметра Dкб за счет сжатия витков и их температурного расширения. Выбор конкретной величины диаметра Dкб осуществляют также с учетом того, что значение Dкб не должно превышать величины внутреннего диаметра витков фиксирующей группы.The installation and operation of a coil spring is carried out as follows (using the RBMK-1000 fuel rod as an example). A two-stage spring is made with a diameter D f of turns of the fixing group exceeding the inner diameter D of the shell. The value of D for the fuel element of the RBMK-1000 reactor is 11.7 +0.1 mm, and the diameter D f is 12.2 -0.3 mm. The diameter value D kb of the turns of the compensating and buffer groups is chosen equal to from 9.5 to 10.5 mm, which makes it possible to arrange the turns of the compensating group with a guaranteed clearance inside the shell for free compression of the turns of the compensating group. The difference between the minimum value of the inner diameter D of the shell and the maximum value of the diameter D kb should be at least greater than the increment in the diameter D kb due to compression of the coils and their thermal expansion. The choice of a specific value of the diameter D kb is also carried out taking into account the fact that the value of D kb should not exceed the value of the inner diameter of the turns of the fixing group.

Установка цилиндрической пружины в твэл может производиться вручную или в автоматическом режиме с использованием специальной оснастки, в частности двухступенчатого штока. Установку осуществляют таким образом, чтобы за счет сжатия витков компенсирующей группы на (30 - 40) мм обеспечить необходимое начальное поджатие топливного столба. При этом после установки пружины наружный диаметр витков фиксирующей группы будет равен внутреннему диаметру оболочки, что приводит к натягу между данными элементами. За счет меньшего значения шага tб витков буферной группы по сравнению с шагом tк витков компенсирующей группы, витки буферной группы смыкаются и выполняют роль опоры для витков компенсирующей группы, исключая вкручивание в витки фиксирующей группы в случае поломки.The installation of a coil spring in a fuel rod can be done manually or in automatic mode using special equipment, in particular a two-stage rod. The installation is carried out in such a way that, due to compression of the turns of the compensating group by (30 - 40) mm, the necessary initial compression of the fuel column is ensured. In this case, after installing the spring, the outer diameter of the turns of the fixing group will be equal to the inner diameter of the shell, which leads to an interference between these elements. Due to the smaller value of the step t b of the turns of the buffer group as compared with the step t to the turns of the compensating group, the turns of the buffer group are closed and act as a support for the turns of the compensating group, except for screwing into the turns of the fixing group in case of breakage.

При расширении топливного столба в осевом направлении в процессе эксплуатации витки буферной и компенсирующей групп, отношение длины Lкб которых при свободном состоянии пружины к суммарной длине L0 всех групп витков составляет от 0,8 до 0,88, обеспечивают необходимое поджатие топливного столба, исключая образование осевых зазоров в топливе даже в условиях достаточно широкого маневрирования мощностью реактора. В результате повышается глубина выгорания топлива и эффективность его использования, увеличивается ресурс твэла. Кроме того, наличие четких границ групп витков позволяет при рентгеновском контроле при изготовлении твэла более точно определить положение пружины в твэле.When expanding the fuel column in the axial direction during operation, the turns of the buffer and compensating groups, the ratio of the length L kb of which in the free state of the spring to the total length L 0 of all groups of turns is from 0.8 to 0.88, provide the necessary compression of the fuel column, excluding the formation of axial clearances in the fuel even under conditions of a sufficiently wide maneuvering of the reactor power. As a result, the burnup depth of the fuel and its efficiency are increased, and the fuel rod resource is increased. In addition, the presence of clear boundaries of the groups of turns allows for x-ray control in the manufacture of the fuel rod to more accurately determine the position of the spring in the fuel rod.

Источники информации
US 3713975 A1, 1975.
Sources of information
US 3,713,975 A1, 1975.

GB 1439207 A1, 1976. GB 1,439,207 A1, 1976.

SU 704363 A1, 1985,
US 4871509 A1, 1989.
SU 704363 A1, 1985,
US 4,871,509 A1, 1989.

Claims (9)

1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора, преимущественно канального уран-графитового, тепловой мощностью более 2600 МВт, содержащий средство для поджатия топливного столба в виде цилиндрической пружины, имеющей последовательно расположенные от топливного столба компенсирующую, буферную и фиксирующую группы витков, в которых наружный диаметр витков буферной группы больше внутреннего диаметра витков фиксирующей группы, а шаг витков буферной группы меньше шага витков компенсирующей группы, отличающийся тем, что при значении длины L объема для установки пружины от 125,0 до 230,0 мм и заданном усилии поджатия от 5,0 до 7 кгс, отношение длины Lкб компенсирующей и буферной групп витков к суммарной длине Lо всех групп витков при свободном состоянии пружины выбрано от 0,8 до 0,88, причем количество витков компенсирующей и буферной групп составляет от 36 до 38, а диаметр d их проволоки выбран от 1,4 до 1,6 мм.1. The fuel element of a nuclear reactor, mainly channel uranium-graphite, with a thermal capacity of more than 2600 MW, containing means for preloading the fuel column in the form of a cylindrical spring, having compensating, buffer and fixing groups of turns in series located in parallel with the fuel column, in which the outer diameter of the turns is buffer groups larger than the inner diameter of the turns of the fixing group, and the step of the turns of the buffer group is less than the step of the turns of the compensating group, characterized in that when the length value L about load for installing a spring from 125.0 to 230.0 mm and a predetermined preload force from 5.0 to 7 kgf, the ratio of the length L kb of the compensating and buffer groups of turns to the total length L of all groups of turns with the spring free state is selected from 0, 8 to 0.88, and the number of turns of the compensating and buffer groups is from 36 to 38, and the diameter d of their wire is selected from 1.4 to 1.6 mm. 2. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что шаг витков буферной группы при свободном состоянии пружины выбран из условия, что они сомкнуты при поджатии топливного столба компенсирующей группой витков цилиндрической пружины при эксплуатации. 2. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the step of the turns of the buffer group in the free state of the spring is selected from the condition that they are closed when the fuel column is pressed by the compensating group of turns of the coil spring during operation. 3. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1 или 2, отличающийся тем, что шаг tк витков компенсирующей группы при свободном состоянии пружины составляет от 3,0 до 3,4 мм.3. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the step t to the turns of the compensating group in the free state of the spring is from 3.0 to 3.4 mm 4. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что шаг tф витков фиксирующей группы при свободном состоянии пружины составляет от 4,0 до 8,0 мм.4. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the step t f of the turns of the fixing group in the free state of the spring is from 4.0 to 8.0 mm 5. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что количество витков фиксирующей группы выбрано от трех до четырех. 5. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, characterized in that the number of turns of the fixing group is selected from three to four. 6. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что количество витков буферной группы выбрано от одного до двух. 6. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, characterized in that the number of turns of the buffer group is selected from one to two. 7. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что суммарное количество витков фиксирующей, буферной и компенсирующей групп выбрано от 39 до 42. 7. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that the total number of turns of the fixing, buffer and compensating groups is selected from 39 to 42. 8. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающийся тем, что в качестве объема для установки пружины использован газосборник продуктов деления. 8. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, or 7, characterized in that the flue gas collector is used as the volume for installing the spring. 9. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающийся тем, что пружина выполнена из железохромоникелевого сплава с высокими механическими свойствами, релаксационной и радиационной стойкостью. 9. The fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, or 7, or 8, characterized in that the spring is made of iron-chromium-nickel alloy with high mechanical properties, relaxation and radiation resistance .
RU98120031A 1998-11-03 1998-11-03 Nuclear reactor fuel element RU2150152C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120031A RU2150152C1 (en) 1998-11-03 1998-11-03 Nuclear reactor fuel element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98120031A RU2150152C1 (en) 1998-11-03 1998-11-03 Nuclear reactor fuel element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2150152C1 true RU2150152C1 (en) 2000-05-27

Family

ID=20211995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98120031A RU2150152C1 (en) 1998-11-03 1998-11-03 Nuclear reactor fuel element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2150152C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2588609C1 (en) * 2015-03-17 2016-07-10 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Procedure for assembly of nuclear reactor fuel element
WO2022146159A1 (en) * 2020-12-29 2022-07-07 Акционерное Общество "Твэл" Retaining spring for the fuel column of a fuel rod

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2588609C1 (en) * 2015-03-17 2016-07-10 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Procedure for assembly of nuclear reactor fuel element
WO2022146159A1 (en) * 2020-12-29 2022-07-07 Акционерное Общество "Твэл" Retaining spring for the fuel column of a fuel rod

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0945875B1 (en) Control rod for nuclear reactor
US3679545A (en) Nuclear fuel rod
US8811566B2 (en) Guide thimble plug for nuclear fuel assembly
CN102136303A (en) Hold-down spring unit for top nozzle of nuclear fuel assembly having improved hold-down performance and top nozzle for nuclear fuel assembly having the same
RU2150152C1 (en) Nuclear reactor fuel element
KR940003793B1 (en) Reusable locking tube in a reconstitutable fuel assembly
EP0175455A1 (en) A nuclear reactor control rod having a reduced worth tip
RU2150151C1 (en) Nuclear reactor fuel element
KR100892638B1 (en) Top nozzle assembly having on-off holddown spring in nuclear fuel assembly
US4587092A (en) Nuclear reactor fuel assembly
US4871509A (en) Fuel column retainer using radially compressed spring
RU2150150C1 (en) Nuclear reactor fuel element
US4957696A (en) Fuel element rod for a water-cooled nuclear reactor
KR100912679B1 (en) An annular nuclear fuel rod comprising annular-structure fuel pellets with axial incisions
RU2389088C2 (en) Spring fixator of fuel column in fa fuel elements
US5533077A (en) Method for preventing scratches on fuel rods during fuel bundle assembly
KR100775575B1 (en) Top nozzle assembly having double holddown spring in nuclear fuel assembly
EP0183069B1 (en) Water displacer rod for use in a spectral shift nuclear reactor
US7010078B2 (en) Fuel rod for a nuclear plant and a plenum spring arranged to be provided in such a fuel rod
KR100889033B1 (en) Vase Type Fuel Rod Plenum Spring to Increase Fuel Rod Internal Volume
RU2303299C2 (en) Nuclear reactor fuel element
KR100766203B1 (en) Fuel assembly for a pressurized water reactor
JPH079118Y2 (en) Weak absorption control rod of nuclear reactor
JPS6317038Y2 (en)
JPS60129691A (en) Fuel rod