RU2188467C2 - Тепловыделяющий элемент ядерного реактора - Google Patents
Тепловыделяющий элемент ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2188467C2 RU2188467C2 RU2000129199/06A RU2000129199A RU2188467C2 RU 2188467 C2 RU2188467 C2 RU 2188467C2 RU 2000129199/06 A RU2000129199/06 A RU 2000129199/06A RU 2000129199 A RU2000129199 A RU 2000129199A RU 2188467 C2 RU2188467 C2 RU 2188467C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tube
- tablets
- fuel
- spring
- pile
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стержневых тепловыделяющих элементов (твэлы) для уран-графитовых энергетических реакторов типа РБМК-1000. Твэл содержит ядерное горючее в виде столба из таблеток, помещенных в трубку. Трубка заглушена с двух концов приваренными пробками и имеет на одном конце полость с компенсационной пружиной для поджатия столба к противоположной пробке. Пробка, к которой поджат столб из таблеток, выполнена в виде стаканчика. В стаканчике установлен деформируемый элемент с начальным усилием деформирования. Данное усилие превышает рабочее усилие компенсационной пружины не менее чем на 50%. Деформируемый элемент предпочтительно выполнен в виде пружины сжатия. Между данным элементом и столбом из таблеток установлен опорный диск. Технический результат: обеспечение возможности перемещения в трубке одного конца столба таблеток в случае заклинивания другого, отсутствие в трубке продольных растягивающих напряжений при попадании в нее влаги, что в итоге приводит к предотвращению возможности отрыва пробки и попадания в теплоноситель радиоактивного топлива. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям стрежневых тепловыделяющих элементов (твэлов), предназначенных для формирования активной зоны уран-графитовых энергетических реакторов типа РБМК-1000 с тепловой мощностью 2600 МВт.
Известна конструкция тепловыделяющего элемента, разработанная применительно к реактору РБМК-1000 (см. патент RU 2150151, кл. G 21 C 3/18, 1998 г. ).
Известная конструкция твэла представляет собой трубку диаметром 13,68 мм с толщиной стенки 1 мм и длиной около 3 метров с приваренными по концам пробками.
В трубке размещено ядерное горючее в виде таблеток, плотно прижатых друг к другу с помощью компенсационной пружины, размещенной в одном конце трубки. Таблетки в виде наборного столба прижаты компенсационной пружиной к противоположной от пружины пробке. Компенсационная пружина выполняет несколько функций: первая - обеспечение постоянного сжатия таблеток с рабочим усилием не менее 7 кг, что необходимо для нормальной работы таблеток и твэла в активной зоне реактора, вторая функция состоит в компенсации перемещений столба из таблеток за счет термического расширения и сжатия по отношению к стенке трубки в процессе пуска и остановки реактора с сохранением при этом плотного контакта между таблетками, и третья функция состоит в образовании объема, занимаемого компенсационной пружиной, в котором собираются радиоактивные газы, выделяемые таблетками в процессе их радиоактивного распада.
Перемещение столба относительно стенки трубки связано с разностью температур нагрева трубки и таблеток в процессе пуска и остановки реактора, а также с разницей в коэффициентах термического расширения материала таблеток и трубки.
Так, например, температура в центре таблеток в процессе работы твэла достигает 2100oС, а температура стенки трубки, сделанной из циркония, не превышает 325oС, при этом коэффициент термического расширения материала таблеток почти в два раза превышает коэффициент термического расширения циркония. Все это вместе взятое приводит во время пуска и останова реактора к значительному перемещению столба таблеток относительно трубки, которое полностью берет на себя компенсационная пружина, и не создает в стенке трубы растягивающих напряжений. Однако, в процессе многолетней эксплуатации реакторов РБМК-1 были выявлены отдельные случаи, когда у вышедших из строя твэлов обнаруживался отрыв пробки, к которой поджимается столб из таблеток. При этом по характеру отрыва пробки от трубки было установлено, что разрыв трубки в районе пробки произошел в результате растягивающих сил. В то же время при нормальной работе твэла пробка наоборот должна прижиматься к торцу трубки в результате рабочего давления теплоносителя, колеблющегося от 75 до 80 атм.
Анализ этих случаев показал, что такое явление возможно только в тех случаях, когда столб из таблеток по каким-либо причинам заклинивается в трубке в районе компенсационной пружины. При этом вся разница в величинах термических расширений столба и трубки приводит к продольному растягиванию трубки.
Процесс заклинивания столба из таблеток возможен только при попадании внутрь твэла воды теплоносителя, например в результате образования микротечи в сварном шве между трубкой и пробкой или по каким-либо другим причинам. Проникая в трубку, вода сразу испаряется и пар проникает в полость, где расположена компенсационная пружина.
Пар в этой полости конденсируется и в виде воды стекает к таблеткам и опять испаряется и т.д.
В результате такого процесса в течение длительного времени внутренняя поверхность трубки и таблеток, примыкающих к компенсационной пружине, окисляются, что создает условия для "прикипания" части таблеток к стенке трубки.
А в это же время стенка трубки в районе пробки, к которой поджат столб из таблеток, подвергается окислению паром еще более интенсивно, чем в районе пружины, т.к. она приварена к пробке, которая в свою очередь имеет контакт с торцем столба, у которого температура в центре достигает 2100oС. В результате в этом месте в стенке трубки интенсивно образуются гидриды, которые охрупчивают циркониевый сплав трубки и снижают его механические свойства, в частности резко снижают предел текучести циркониевого сплава и, следовательно, снижают прочность на растяжение.
Со временем охрупченный материал трубки не выдерживает растягивающих напряжений, вызванных заклиниванием столба в районе компенсационной пружины, и трубка разрывается в районе пробки, к которой поджат столб из таблеток. В результате отрыва пробки определенная часть радиоактивного горючего попадает в теплоноситель, что приводит к радиоактивному загрязнению всего контура циркуляции теплоносителя реактора и в результате к остановке реактора с целью дезактивации всех систем, входящих в контур.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в создании такой конструкции твела, в частности пробки, к которой поджимается столб из таблеток, которая бы исключала возможность отрыва этой пробки от трубки в случае образования по каким-либо причинам в оболочке твэла микротечи, через которую внутрь твэла может поступать вода теплоносителя и в результате окислительных процессов заклинивать в трубке часть таблеток, расположенных в районе компенсационной пружины. При этом заявляемая конструкция должна сохранять все габаритные и эксплуатационные параметры существующих твэлов.
Технический результат, получаемый в результате осуществления настоящего изобретения, состоит в том, что заявленная конструкция твэла обеспечивает возможность перемещения в трубке одного конца столба таблеток в случае заклинивания другого, а также в отсутствии в трубке продольных растягивающих напряжений при попадании в нее влаги как в процессе пуска, так и в процессе эксплуатации реактора, что в итоге предотвращает возможность отрыва пробки и попадания в теплоноситель радиоактивного топлива.
Указанный технический результат достигается тем, что тепловыделяющий элемент ядерного реактора, преимущественно уран-графитового, содержащий ядерное горючее в виде столба из таблеток, помещенных в трубку, заглушенную с двух концов приваренными пробками и имеющую на одном конце полость с компенсационной пружиной для поджатия столба из таблеток к противоположной пробке;
- пробка, к которой поджат столб из таблеток, выполнена в виде стаканчика, между дном которого и столбом из таблеток установлен деформируемый элемент с начальным усилием деформирования, превышающего рабочее усилие компенсационной пружины не менее чем на 50 процентов;
- кроме того, деформируемый элемент выполнен в виде пружины сжатия;
- кроме того, между деформируемым элементом и столбом из таблеток установлен опорный диск.
- пробка, к которой поджат столб из таблеток, выполнена в виде стаканчика, между дном которого и столбом из таблеток установлен деформируемый элемент с начальным усилием деформирования, превышающего рабочее усилие компенсационной пружины не менее чем на 50 процентов;
- кроме того, деформируемый элемент выполнен в виде пружины сжатия;
- кроме того, между деформируемым элементом и столбом из таблеток установлен опорный диск.
На чертеже в увеличенном масштабе показана конструкция концевой части заявленного твэла, состоящая из трубки 1, к концу которой приварена сварным швом 2, выполненным контактно-стыковой сваркой, полая пробка 3.
Трубка 1 заполнена ядерным горючим в виде таблеток 4. Таблетки 4 с помощью компенсационной пружины, расположенной на другом конце твэла (на чертеже не показана), поджаты к пробке 3 через деформируемый элемент в виде пружины сжатия 5. Для устранения непосредственного контакта между таблетками и пружиной установлен опорный диск 6, который защищает крайнюю таблетку от раскрошевания, а пружину 5 от перегрева и снижения ее упругих свойств.
Для обеспечения нормальной работы подавляющего большинства бездефективных твэлов, у которых нет никаких течей, пружина 5 выполнена с начальным усилением сжатия не менее 150 процентов от рабочего усилия компенсационной пружины, что полностью сохраняет стандартное положение столба относительно трубки и его термическое перемещение за счет сжатия компенсационной пружины. Так, например, если рабочее усилие компенсационной пружины составляет 7 кг, то минимальное начальное усилие сжатия пружины 5 будет составлять 11 кг, а практически 14-15 кг, что позволяет рассматривать при нормальной работе твэла пружину 5 как имитацию сплошной пробки. В случае появления в корпусе твэла течи и заклинивания столба из таблеток вблизи компенсационной пружины, когда компенсационная пружина перестает работать, температурное перемещение столба из таблеток может происходить в сторону опорной пробки 3 за счет сжатия пружины 5 с усилием 11-15 кг.
Такое усилие не приводит к продольному растягиванию трубки 1, т.к. при рабочем давлении теплоносителя в пределах 70-80 кг/см2 трубка сжимается по торцам с усилием около 100 кг, что в 5-6 раз выше, чем рабочее усилие пружины 5.
Заявленная конструкции пробки 3 в виде стаканчика и помещение в нее деформируемого элемента в виде пружины 5 с гарантированным превышением начального усилия сжатия над рабочим усилием сжатия компенсационной пружины позволяет, не меняя существующих габаритов твэла, защитить контур реактора от радиоактивного загрязнения и преждевременной остановки в случае образования микротечи всего в одном из более чем ста тысяч твэлов, работающих в активной зоне уран-графитового реактора типа РБМК-1000.
Claims (3)
1. Тепловыделяющий элемент ядерного реактора, преимущественно уран-графитового, содержащий ядерное горючее в виде столба из таблеток, помещенных в трубку, заглушенную с двух концов приваренными пробками и имеющую на одном конце полость с компенсационной пружиной для поджатия столба к противоположной пробке, отличающийся тем, что пробка, к которой поджат столб из таблеток, выполнена в виде стаканчика, между дном которого и столбом из таблеток установлен деформируемый элемент с начальным усилием деформирования, превышающим рабочее усилие, компенсационной пружины не менее чем на 50%.
2. Тепловыделяющий элемент по п.1, отличающийся тем, что деформируемый элемент выполнен в виде пружины сжатия.
3. Тепловыделяющий элемент по п.1 и/или 2, отличающийся тем, что между деформируемым элементом и столбом из таблеток установлен опорный диск.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129199/06A RU2188467C2 (ru) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000129199/06A RU2188467C2 (ru) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2188467C2 true RU2188467C2 (ru) | 2002-08-27 |
RU2000129199A RU2000129199A (ru) | 2002-10-10 |
Family
ID=20242410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000129199/06A RU2188467C2 (ru) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2188467C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573582C2 (ru) * | 2011-01-06 | 2016-01-20 | Вестингхаус Электрик Компани Ллс | Узел пружины камеры повышенного давления и топливного стержня |
-
2000
- 2000-11-22 RU RU2000129199/06A patent/RU2188467C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Самойлов А.Г. и др. Дисперсионные твэлы. - М.: Энергоиздат, 1982, т. 2, с. 48-50. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573582C2 (ru) * | 2011-01-06 | 2016-01-20 | Вестингхаус Электрик Компани Ллс | Узел пружины камеры повышенного давления и топливного стержня |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR930005576B1 (ko) | 연료봉 | |
CN113012828B (zh) | 一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件 | |
US6614869B1 (en) | Absorber rod for nuclear reactor control cluster | |
RU2188467C2 (ru) | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора | |
JPH0721544B2 (ja) | 原子炉制御棒の一部を成している細長い平面状部材、及び原子炉用の制御棒 | |
KR20190011811A (ko) | 핵연료 봉 | |
US4871509A (en) | Fuel column retainer using radially compressed spring | |
JPS63284490A (ja) | 加圧水型原子炉用燃料要素 | |
US3677894A (en) | Internally pressurized fuel element | |
USH689H (en) | Fuel pin | |
US5313506A (en) | Reduced pressure drop ferrule spacer | |
US5329566A (en) | Plenum spring and getter assembly | |
US3625823A (en) | Nuclear fuel rod | |
US3647622A (en) | Fuel element for a nuclear reactor | |
JP2010145234A (ja) | 核燃料棒 | |
JPS6312269B2 (ru) | ||
JPS61120081A (ja) | 水排除棒 | |
US3989590A (en) | Pressurized fuel elements for nuclear reactors | |
RU2303299C2 (ru) | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора | |
EP0296954A1 (fr) | Elément absorbant les neutrons réalisé sous forme modulaire et capsule modulaire pour un tel élément | |
RU2190263C2 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
RU2126181C1 (ru) | Поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора | |
RU2045788C1 (ru) | Твэл энергетического ядерного реактора | |
JPH0631769B2 (ja) | 制御棒集合体 | |
Molloy et al. | Fuel element for a nuclear reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051123 |