RU2181220C2

RU2181220C2 - Method for producing fuel assembly from fuel elements

Info

Publication number: RU2181220C2
Application number: RU99125850/06A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Чапаев; В.И. Батуев; Н.А. Бычихин; Г.В. Ильин; Е.А. Филиппов; М.В. Ядрышников
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; fuel assemblies for nuclear reactors. SUBSTANCE: method involves covering fuel assemblies with varnish mixture, drying out, applying liquid lubricant in the course of press-fitting the fuel element, and press-fitting fuel elements in cells of spacer grids with reference to grid chart. Fuel elements are press-fitted into cells of spacer grids with cone of bottom end part set forward without using conical tips. Diameters of inscribed circumferences in spacer-grid cells do not exceed permissible minimum for fuel element diameter. Proposed method provides for unattended assembling of fuel elements and using mixed nuclear fuels. EFFECT: enhanced output and quality of fuel assemblies. 2 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и сборки их в тепловыделяющую сборку (ТВС) преимущественно для водо-водяных энергетических реакторов типа -1000 или -440 (ВВЭР-1000 или ВВЭР-440). The invention relates to nuclear energy and can be used in the manufacture of fuel elements (fuel elements) and their assembly in a fuel assembly (FA) mainly for water-cooled power reactors of type -1000 or -440 (VVER-1000 or VVER-440).

Известен ТВЭЛ для ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 или ВВЭР-440, содержащий оболочку из сплава циркония с 1% ниобия, снаряженную таблетированным ядерным топливом с фиксаторами (пружинный или втулочный), загерметизированную по торцам концевыми деталями из сплава циркония сваркой их к оболочке под давлением инертного газа внутри оболочки (см. Книга 1. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов, под редакцией Ф.Г.Решетникова. М., 1995 г., рис 2.1). Known fuel elements for fuel assemblies of a VVER-1000 or VVER-440 nuclear reactor, containing a shell made of zirconium alloy with 1% niobium, loaded with pelletized nuclear fuel with clamps (spring or sleeve), sealed at the ends with end parts of a zirconium alloy by welding them to the shell under pressure inert gas inside the shell (see Book 1. Development, production and operation of fuel elements of power reactors, edited by F. G. Reshetnikov. M., 1995, Fig. 2.1).

Известно, что цирконий, из которого изготовлена оболочка ТВЭЛа, отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды ( см. Металлургия циркония. Перевод с английского. Под редакцией Г. А. Меерсона и Ю.В.Гагаринского. М.: Издательство иностранной литературы., 1959 г., с. 298 ). It is known that the zirconium from which the fuel rod cladding is made is prone to corrosive corrosion resulting from abrasion of metal between contacting surfaces even in the absence of a corrosive medium (see Zirconium metallurgy. Translation from English. Edited by G. A. Meerson and Yu. V. Gagarinsky. M.: Publishing house of foreign literature., 1959, p. 298).

В связи с этим при сборке ТВЭЛ в ТВС требуется защита циркониевых поверхностей ТВЭЛ при их сборке в ТВС. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сборки ТВЭЛ в тепловыделяющуюся сборку, изложенный в способе изготовления и сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие кассеты (см. патент 2140674 Российской Федерации по заявке 98103785/06 (004265), МПК 6 G 21 C 21/02. Приоритет 03.03.98 г.). In this regard, the assembly of fuel elements in fuel assemblies requires the protection of zirconium surfaces of fuel elements during assembly in fuel assemblies. The closest in technical essence and the achieved effect is a method of assembling a fuel rod into a fuel assembly, described in the method of manufacturing and assembling fuel elements into fuel cartridges (see patent 2140674 of the Russian Federation on application 98103785/06 (004265), IPC 6 G 21 C 21 / 02. Priority 03.03.98 g.).

Способ сборки ТВЭЛ в ТВС включает операции покрытия их лаковой смесью, сушки с образованием пленочного лакового покрытия на поверхности ТВЭЛа, нанесения жидкой смазки в процессе запрессовки ТВЭЛа, установку наконечников с диаметром большим, чем диаметр ТВЭЛа, запрессовку наконечником вперед в ячейки дистанционирующих решеток по координатной сетке от центра вверх, затем от центра вниз и последовательно слева снизу вверх и справа сверху вниз с последующим повторением, с удалением наконечника с каждого ТВЭЛа перед нижней решеткой и последующей допрессовкой ТВЭЛа. A method of assembling a fuel rod in a fuel assembly includes the operation of coating them with a varnish mixture, drying to form a film varnish coating on the surface of the fuel rod, applying liquid lubricant in the process of pressing in the fuel rod, installing tips with a diameter larger than the diameter of the fuel rod, pressing the tip forward into the spacer grids along the grid from the center up, then from the center down and sequentially from left to bottom up and right from top to bottom, followed by repetition, with the tip removed from each fuel rod in front of the lower grating and after uyuschey dopressovkoy TVEL.

В качестве лаковой смеси используют раствор поливинилового спирта в дистиллированной воде с содержанием поливинилового спирта 65±6 г/дм², а в качестве жидкой смазки используют водный раствор глицерина с содержанием глицерина 60-80%. Наконечник устанавливается на нижнюю концевую деталь ТВЭЛа на кольцевую площадку, перпендикулярную оси ТВЭЛа, и после запрессовки требуется остановка операции запрессовки ТВЭЛов для снятия наконечника с каждого ТВЭЛа перед нижней решеткой. Удаление наконечников практически не поддается механизации и осуществляется вручную, что делает невозможным использование способа при сборке ТВЭЛ в ТВС со смешанным уран-плутониевым топливом из-за облучения персонала.As a varnish mixture, a solution of polyvinyl alcohol in distilled water with a polyvinyl alcohol content of 65 ± 6 g / dm ^{2 is used} , and an aqueous solution of glycerol with a glycerol content of 60-80% is used as a liquid lubricant. The tip is installed on the lower end part of the fuel element on an annular platform perpendicular to the axis of the fuel element, and after pressing in, the operation of pressing in the fuel elements must be stopped to remove the tip from each fuel element in front of the lower grill. Removal of tips is practically impossible to mechanize and is carried out manually, which makes it impossible to use the method when assembling fuel elements in fuel assemblies with mixed uranium-plutonium fuel due to personnel irradiation.

Технической задачей изобретения является повышение производительности и качества сборки ТВС и перевода на безлюдную автоматическую сборку ТВС с возможным применением без ущерба для персонала смешанного ядерного топлива. An object of the invention is to increase the productivity and quality of assembly of fuel assemblies and transfer to a deserted automatic assembly of fuel assemblies with the possible use of mixed nuclear fuel without damage to personnel.

Эта техническая задача решается тем, что в способе сборки ТВЭЛ в ТВС, включающем операции их покрытия лаковой смесью, с образованием лакового покрытия на поверхности ТВЭЛа, нанесения жидкой смазки в процессе запрессовки ТВЭЛа, запрессовки в ячейки дистанционирующих решеток по координатной сетке, согласно изобретению запрессовку ТВЭЛа в ячейки дистанционирующих решеток осуществляют конусом нижней концевой детали вперед без применения конусных наконечников, а диаметры вписанных окружностей в ячейках дистанционирующих решеток при этом не превышают минимально допустимого значения диаметра ТВЭЛа. This technical problem is solved by the fact that in the method of assembling a fuel rod in a fuel assembly, including the operation of coating them with a varnish mixture, with the formation of a varnish coating on the surface of the fuel rod, applying liquid lubricant in the process of pressing the fuel rod, pressing the spacer grids into cells of the spacer grids according to the invention, pressing the fuel rod in the cells of the distance grids, carry out the cone of the lower end part forward without the use of conical tips, and the diameters of the inscribed circles in the cells of the distance grids do not exceed the minimum allowable diameter of the fuel rod.

Предложенный способ позволяет использовать нижнюю концевую деталь в качестве расширителя упругих стенок ячеек при запрессовке в них ТВЭЛов и осуществлять запрессовку ТВЭЛов в ячейки дистанционирующих решеток и в нижнюю решетку без остановки операции запрессовки и без применения съемных наконечников, для съема которых у нижней решетки требовалось останавливать запрессовку ТВЭЛ в ячейки дистанционирующих решеток, а выполнение при этом диаметров вписанных окружностей в ячейках дистанционирующих решеток, не превышающих минимально допустимых значений диаметров ТВЭЛ, позволит исключить вибрации и разрушение ТВЭЛ в ядерном реакторе из-за исключения люфтов между ними. Запрессовка ТВЭЛ в ячейки дистанционирующих решеток без съемных наконечников позволит перейти на безлюдную автоматическую сборку ТВС и становится возможным использовать смешанное ядерное топливе для этих целей. При этом повышается производительность и качество сборки ТВС. The proposed method makes it possible to use the lower end part as an expander of the elastic walls of the cells when pressing fuel elements into them and to press the fuel elements into the cells of the spacer grids and into the lower lattice without stopping the pressing operation and without the use of removable tips, for removing which it was necessary to stop pressing the fuel elements from the lower lattice into the cells of the spacing grids, and the implementation of the diameters of the inscribed circles in the cells of the spacing grids, not exceeding the minimum the possible values of the diameters of the fuel rods, will eliminate the vibration and destruction of the fuel rods in a nuclear reactor due to the exclusion of backlash between them. Pressing the fuel elements into the cells of the spacer grids without removable tips will allow switching to the unattended automatic assembly of fuel assemblies and it becomes possible to use mixed nuclear fuel for these purposes. This increases the performance and build quality of the fuel assemblies.

На чертежах представлен способ сборки тепловыделяющих элементов в ТВС, где
на фиг.1 - ТВЭЛ;
на фиг.2 - момент запрессовки ТВЭЛа в ячейки дистанционирующих решеток.The drawings show a method of assembly of fuel elements in fuel assemblies, where
figure 1 - fuel rod;
figure 2 - the time of mounting the fuel rod into the cells of the spacer grids.

ТВЭЛ для ТВС ядерных реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 содержит оболочку 1 из сплава циркония с 1% ниобия, снаряженную таблетированным ядерным топливом 2 с фиксатором 3 (пружинный или втулочный), загерметизированную под давлением инертного газа внутри оболочки сваркой верхней 4 и нижней 5 концевыми деталями из сплава циркония с 1% ниобия с прорезью 6 по цилиндрическому торцу 7 нижней концевой детали 5. Цилиндрическая часть 7 торца нижней концевой детали 5 выполнена переходящей в конусную часть 8, диаметр 9 основания которой равен максимально допустимому диаметру ТВЭЛ, а с учетом толщины пленочного покрытия ⌀_осн = ⌀_мах ТВЭЛа.A fuel rod for a fuel assembly of VVER-1000 and VVER-440 nuclear reactors contains a shell 1 made of a zirconium alloy with 1% niobium, equipped with pelletized nuclear fuel 2 with a retainer 3 (spring or sleeve), sealed under inert gas pressure inside the shell by welding the upper 4 and lower 5 end parts made of zirconium alloy with 1% niobium with a slot 6 along the cylindrical end 7 of the lower end part 5. The cylindrical part 7 of the end of the lower end part 5 is made into a conical part 8, the base diameter 9 of which is equal to the maximum allowable the diameter of the fuel elements, and taking into account the thickness of the coating film _DOS ⌀ = ⌀ TVEL _max.

На торцевой цилиндрической части концевой детали 4 выполнен кольцевой поясок 10. Поверхность ТВЭЛа перед запрессовкой в ячейки дистанционирующих решеток снабжена сцепленным с ней, равномерно распределенным по окружности и длине технологическим твердым водорастворимым пленочным покрытием 11 (показано пунктирной линией). An annular girdle 10 is made on the end cylindrical part of the end part 4. The surface of the fuel rod before being pressed into the cells of the spacer grids is provided with a technological hard water-soluble film coating 11 (shown by the dashed line) that is uniformly distributed along the circumference and length.

Диаметр ⌀_ок вписанной окружности 12 в ячейке 13 дистанционирующей решетки не превышает минимально допустимого значения диаметра ТВЭЛа ⌀_мин, где ⌀_ок<⌀_мин ТВЭЛа.The diameter ⌀ _{ok of the} inscribed circle 12 in the cell 13 of the spacer grid does not exceed the minimum allowable diameter of the fuel rod ⌀ _min , where ⌀ _ok <⌀ _{min of the} fuel rod.

Способ сборки ТВЭЛов в ТВС осуществляют следующим образом. The method of assembly of fuel elements in fuel assemblies is as follows.

ТВЭЛ, содержащий оболочку 1, снаряженную таблетированным ядерным топливом 2 с фиксаторами 3, загерметизированную под давлением инертного газа (гелия) внутри сваркой верхней 4 и нижней 5 концевыми деталями, подвергают предварительной подготовке к сборке в ТВС, для чего используют для герметизации нижнюю концевую деталь 5, у которой цилиндрический торец 7 имеет прорезь 6 и переходит в конус 8, основание 9 которого равно максимально допустимому значению диаметра ТВЭЛа с учетом толщины пленочного покрытия ⌀_осн = ⌀_мах ТВЭЛа или 9,26=9,26 мм.A fuel rod containing a shell 1 equipped with pelletized nuclear fuel 2 with clamps 3, sealed under inert gas (helium) pressure inside by welding the upper 4 and lower 5 end parts, is subjected to preliminary preparation for assembly in a fuel assembly, for which the lower end part 5 is used for sealing , in which the cylindrical end 7 has a slit 6 and passes into a cone 8, the base 9 of which is equal to the maximum permissible value of the diameter of the fuel rod, taking into account the thickness of the film coating ⌀ _osn = ⌀ _{max of the} fuel rod or 9.26 = 9.26 mm.

Собранный ТВЭЛ покрывают водным раствором поливинилового спирта, используя при этом кольцевой поясок 10 для удержания и транспортировки ТВЭЛа в вертикальном положении, сушат с образованием твердого пленочного покрытия 11 на поверхности ТВЭЛа. Дистанционирующие решетки устанавливают параллельно друг другу так, чтобы все ячейки 13 были соосны друг к другу и размер ячеек, определяемый по вписанной окружности 12, не превышал минимального размера диаметра ТВЭЛа ⌀_ок<⌀_мин ТВЭЛа или ⌀_ок <9,05 мм.The assembled fuel elements are coated with an aqueous solution of polyvinyl alcohol, using the annular belt 10 to hold and transport the fuel element in an upright position, and dried to form a solid film coating 11 on the surface of the fuel element. The distance gratings are installed parallel to each other so that all cells 13 are aligned with each other and the cell size determined from the inscribed circle 12 does not exceed the minimum diameter of the fuel rod ⌀ _ok <⌀ _min fuel rod or ⌀ _ok <9.05 mm.

В процессе запрессовки ТВЭЛа нижней концевой деталью 5 вперед в соосные ячейки 13 при одновременном нанесении на поверхность ТВЭЛа водно-глицериновой жидкой смазки происходит взаимодействие пленочного покрытия 11 с жидкой смазкой и образование верхнего эмульсионного слоя, позволяющего осуществлять сборку ТВЭЛ в совокупности с нижней концевой деталью без повреждения поверхности ТВЭЛа о стенки ячеек дистанционирующих решеток и без применения съемных наконечников. In the process of pressing the fuel rod with the lower end part 5 forward into the coaxial cells 13 while simultaneously applying the water-glycerin liquid lubricant to the fuel element surface, the film coating 11 interacts with the liquid lubricant and the upper emulsion layer is formed, which makes it possible to assemble the fuel element together with the lower end part without damage the surface of the fuel rod on the walls of the cells of the spacer grids and without the use of removable tips.

Claims

A method of assembling fuel elements into a fuel assembly, including the operations of coating them with a varnish mixture, drying to form a varnish coating on the surface of a fuel rod, applying liquid lubricant in the process of pressing the fuel element into the cells of the spacer grids along a grid, characterized in that the TVEL is pressed into the cells of the spacer grids carry out the cone of the lower end part forward without the use of removable conical tips, and the diameters of the inscribed circles in the cells in this case, the gratings do not exceed the minimum allowable diameter of the fuel element.