RU2216056C2

RU2216056C2 - Fuel assembly and core of water-cooled nuclear reactor

Info

Publication number: RU2216056C2
Application number: RU2001124691/06A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Афанасьев; В.В. Рожков; И.Г. Чапаев; В.И. Батуев; М.Г. Зарубин; А.В. Чиннов; А.И. Кушманов; И.Н. Васильченко; С.Н. Кобелев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: nuclear power engineering and technology. SUBSTANCE: fuel assembly of water-cooled power reactor, primarily of type VVER-1000, has hexagonal-section fuel element bundle in framework incorporating cellular spacer grids, cells and rims, support grid, bottom nozzle, detachable top nozzle, central tube, and guide channels in the form of tubes accommodating control and protection rods and provided with tips on bottom end through which they are attached to carrier grid secured on bottom nozzle. Novelty is that ridges in the form of shaped and symmetrically rounded-off heat-transfer augmenting ribs are made on edges of spacer-grid rims between top and bottom nozzles of fuel assemblies which are tilted through certain angle in direction of fuel assembly axis. Ridges provide for coolant flow swirling and their projections onto horizontal plane do not overlap. Another novelty is that shaped ridge with symmetrically rounded-off rib is tilted to fuel assembly axis through angle smaller than 90 deg but greater than 0 deg. Ridges are disposed between top and bottom nozzles on each edge of spacer-grid rim at corners of conventional isosceles triangle with vortex facing bottom nozzle and at points of intersection of triangle sides with transversal axes of spacer grids. Reactor core has bottom support grid with supporting members that carries vertically mounted fuel assemblies spaced apart on top by means of top bank of protective tubes with perforated ring; fuel assemblies have top and bottom nozzles as well as fuel bundle with fuel elements installed in spacer grids whose hexagonal rim has key-turn size smaller than space between supporting members by location clearance value. Still another novelty is that fuel assemblies are relatively locked within core in pointwise manner through their height with negative allowance by aligning mentioned shaped ridges on rim edges of one fuel assembly with those of opposing adjacent fuel assembly in the course of core assembling. Total height of aligned ridges equals location clearance value. Projection of aligned shaped ridges onto vertical plane is in the form of X and distance between top pairs of ridges on edges of fuel assembly rim is sufficient to easily pass bottom paired and single ridges on edges of adjacent abutting fuel assembly rims for movement of this assembly up or down. One more novelty is that projection of all aligned ridges through height of abutting fuel assemblies is represented as conventional isosceles triangle with its vortex facing fuel assembly bottom nozzle and ridges at its corners and at points of intersection of triangle sides with transversal axes of spacer grids. Such tight packing of fuel assemblies prevents their deformation. EFFECT: enhanced reliability and safety of reactor, augmented heat transfer, reduced variations in energy release within core. 5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной техники и технологии, в частности к конструкции тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора и его активной зоны, преимущественно водо-водяного энергетического ядерного реактора (ВВЭР-1000). The invention relates to the field of nuclear engineering and technology, in particular to the design of a fuel assembly (FA) of a nuclear reactor and its active zone, mainly a pressurized water nuclear power reactor (VVER-1000).

Известна ТВС, содержащая гексагональный в поперечном сечении пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), установленный таким образом, что их продольные оси находятся на одинаковом расстоянии друг от друга в каркасе, включающем дистанционирующие решетки сотовой конструкции и имеющие в своем составе ячейки и обод, несущую решетку, хвостовик, съемную головку, а также центральную трубу и направляющие каналы в виде труб, внутрь которых входят стержни управления и защиты и имеющие на нижнем торце наконечники, которыми они прикреплены к несущей решетке, закрепленной на хвостовике (см. патент RU 2124238 по заявке 97108408/25, опубликованный 27.12.98 г. МПК 6 G 21 C 3/30, 3/34. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора). A fuel assembly is known that contains a beam of fuel elements (fuel rods) hexagonal in cross section, installed in such a way that their longitudinal axes are at the same distance from each other in the frame, which includes spacing grids of a honeycomb structure and incorporating cells and a rim that carries a grating, a shank, a removable head, as well as a central pipe and guide channels in the form of pipes, into which control and protection rods enter and having tips at the lower end with which they are attached to the carrier eshetke fixed to the shank (See. Patent RU 2124238 for application 97108408/25, published 12.27.98, the IPC 6 C 21 G 3/30, 3/34. The fuel assembly of a nuclear reactor).

В процессе эксплуатации известных ТВС в ядерном реакторе возможны отклонения от номинальных значений, например изменение проходных сечений вследствие деформации различных элементов и ТВЭЛов в связи с температурными градиентами и другими обстоятельствами, характерными для ядерного реактора (см. Б. А. Дементьев. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр.151). During the operation of known fuel assemblies in a nuclear reactor, deviations from the nominal values are possible, for example, a change in the cross sections due to deformation of various elements and fuel rods due to temperature gradients and other circumstances characteristic of a nuclear reactor (see B. A. Dementiev. Nuclear power reactors. M .: Energoatomizdat, 1990, p. 151).

Значительные отклонения от нормальных режимов работы приводят к дополнительным, иногда весьма большим динамическим нагрузкам, вследствие чего могут разрушиться отдельные элементы внутрикорпусных устройств и деформироваться пучки ТВЭЛов (см. там же, стр.281). Significant deviations from normal operating conditions lead to additional, sometimes very large dynamic loads, as a result of which individual elements of the internal housing devices may be destroyed and the bundles of fuel elements may be deformed (see ibid., P. 281).

Деформирование пучков ТВЭЛов может распространиться и на каналы направляющие, что может вызвать заклинивание в них стержней управления и защиты (СУЗ) (см. патент 2124238, раздел 3) и привести к аварийной ситуации. Известна активная зона водо-водяного ядерного реактора, содержащая опорно-дистанционирующее устройство с опорными элементами, на которые вертикально установлены ТВС, каждая из которых содержит головку, хвостовик, пучок ТВЭЛов в дистанционирующих решетках с гексагональным ободом, размер "под ключ" которого по граням меньше шага размещения опорных элементов на величину монтажного зазора (см. Реактор, чертеж общего вида 302.01.00.00.000 ВО, ОКБ "Гидропресс", 1977 г. ). При сборке активной зоны возникает необходимость иметь значительные по величине монтажные зазоры между ТВС для обеспечения нормальной загрузки ТВС в активную зону и выгрузки их из нее. При работе ядерного реактора при возможных изгибах ТВС монтажные зазоры между ТВС могут суммироваться и перераспределяться и создают пространство для возможного появления повышенных прогибов ТВС, что может привести к изгибам каналов направляющих, заклиниванию в них стержней управления и защиты и возникновению аварийной ситуации. Известно, что на границах между ТВС периферийные ТВЭЛы находятся в более тяжелых условиях по сравнению с центральными, так как на их долю приходится больший объем воды по сравнению со средним. Более того, имеется неравномерность среди крайних ТВЭЛов. Наиболее напряженно работают угловые ТВЭЛы (см. Дементьев Б.А., стр.149-150). Образование повышенных зазоров между ТВС приводит к локальному повышению количества замедлителя (воды), в результате чего в ближайших ТВЭЛах энерговыделение будет превышено сверх значений, допустимых по условиям надежного охлаждения. The deformation of the fuel rod bundles can also extend to the guide channels, which can cause jamming of the control and protection rods (CPS) in them (see patent 2124238, section 3) and lead to an emergency. The active zone of a water-water nuclear reactor is known, which contains a support-spacing device with support elements on which fuel assemblies are vertically mounted, each of which contains a head, a shank, a bundle of fuel rods in spacer grids with a hexagonal rim, the turnkey size of which is smaller on the sides the step of placing the support elements by the amount of the installation gap (see Reactor, general view drawing 302.01.00.00.000 VO, OKB Gidropress, 1977). When assembling the core, it becomes necessary to have significant mounting gaps between fuel assemblies to ensure normal loading of fuel assemblies into the core and unloading them from it. When a nuclear reactor operates with possible bends of the fuel assemblies, the assembly gaps between the fuel assemblies can be summed up and redistributed and create space for the possible appearance of increased deflections of the fuel assemblies, which can lead to bending of the guide channels, jamming of the control and protection rods in them, and an emergency situation. It is known that at the boundaries between fuel assemblies, peripheral fuel elements are in more difficult conditions than the central ones, since they account for a larger volume of water compared to the average. Moreover, there is unevenness among extreme fuel elements. The most active are the angular fuel elements (see Dementiev B.A., pp. 149-150). The formation of increased gaps between fuel assemblies leads to a local increase in the amount of moderator (water), as a result of which the energy release in the nearest fuel elements will be exceeded above the values allowed under reliable cooling conditions.

Возможно также возникновение вибрации внутри корпусных устройств из-за гидродинамической нестабильности потока теплоносителя (см. Дементьев Б.А., стр. 280). Амплитуда колебаний при вибрации наиболее высока в центре между двух опор (см. В.И. Анурьев. Справочник конструктора машиностроителя. Том 1. М. : Машиностроение, 1982 г., стр.85, схема 15). Если в качестве опор в ТВС рассматривать головку и хвостовик, то наибольший пик колебаний приходится на центр ТВС. При этом пик колебаний зависит от расстояния между головкой и хвостовиком ТВС. Чем выше это расстояние, тем больше пик колебаний по центру ТВС. Особенно это опасно из-за соударений соседних ТВС в активной зоне ядерного реактора, так как при закреплении головок и хвостовиков в активной зоне наиболее подвержены вибрации незакрепленные между собой средние части ТВС, изготовленные из циркониевого сплава с 1% ниобия, поскольку цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями под влиянием колебаний при очень малых амплитудах (см. Металлургия циркония. Перевод с английского под редакцией Г. А. Меерсона и Ю.В. Гагаринского. М.: Издательство иностранной литературы, 1959 г., стр.298). Vibration inside the housing devices is also possible due to the hydrodynamic instability of the coolant flow (see B. Dementyev, p. 280). The amplitude of vibration during vibration is highest in the center between the two supports (see V.I. Anuryev. Handbook of the designer of a mechanical engineer. Volume 1. M.: Mechanical Engineering, 1982, p. 85, scheme 15). If we consider the head and shank as supports in the fuel assemblies, then the center of the fuel assemblies is the largest peak of vibrations. In this case, the peak of the oscillations depends on the distance between the head and the shank of the fuel assembly. The higher this distance, the greater the peak of oscillations in the center of the fuel assembly. This is especially dangerous because of the collisions of neighboring fuel assemblies in the active zone of a nuclear reactor, since when fastening the heads and shanks in the active zone, the middle parts of the fuel assemblies made of zirconium alloy made of zirconium alloy with 1% niobium are most susceptible to vibration, since zirconium is prone to corroding corrosion resulting from abrasion of metal between contacting surfaces under the influence of vibrations at very small amplitudes (see Zirconium metallurgy. Translated from English by G. A. Mee Rson and Yu.V. Gagarinsky, Moscow: Publishing House of Foreign Literature, 1959, p. 298).

Исключить же монтажный зазор между ТВС в активной зоне нельзя, так как при этом становится невозможной установка ТВС и сборка активной зоны ядерного реактора и возможны повреждения ТВС друг о друга. It is impossible to exclude the mounting gap between fuel assemblies in the active zone, since it becomes impossible to install fuel assemblies and assemble the active zone of a nuclear reactor and damage the fuel assemblies to each other.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является тепловыделяющая сборка и активная зона водо-водяного ядерного реактора (см. Б. А. Дементьев. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр.42-44, рис.2.13, 2.11). The closest in technical essence and the achieved effect is the fuel assembly and the active zone of the water-cooled nuclear reactor (see B. A. Dementiev. Nuclear Power Reactors. M: Energoatomizdat, 1990, pp. 42-44, Fig. 2.13 , 2.11).

ТВС-прототип содержит гексагональный в поперечном сечении пучок ТВЭЛ в каркасе, включающем дистанционирующие решетки сотовой конструкции и имеющие в своем составе ячейки и обод, несущую решетку, хвостовик, съемную головку, центральную трубу и направляющие каналы в виде труб, внутрь которых входят стержни управления и защиты и имеющие на нижнем торце наконечники, которыми они прикреплены к несущей решетке, закрепленной на хвостовике. The FA prototype contains a hexagonal cross-section of a fuel rod bundle in a frame including spacer grids of a honeycomb structure and incorporating cells and a rim, a grids, a shank, a removable head, a central tube and guide channels in the form of tubes, inside which control rods and protection and having tips at the bottom end, with which they are attached to the supporting grid mounted on the shank.

Активная зона-прототип включает нижнюю опорную решетку с опорными элементами, на которую вертикально установлены ТВС, дистанционируемые сверху верхним блоком защитных труб с перфорированной обечайкой, причем каждая из ТВС содержит головку, хвостовик, пучок ТВЭЛов, установленных в дистанционирующих решетках с гексагональным ободом, размер "под ключ" которого по граням меньше шага размещения опорных элементов на величину монтажного зазора. Наличие монтажного зазора является обязательным, иначе не возможна сборка активной зоны ТВС без их повреждения и соответственно не возможна разборка активной зоны без повреждений ТВС. ТВС-прототип и Активная зона-прототип имеют те же недостатки, что и недостатки аналогов, приведенные выше. The prototype active zone includes a lower support grid with support elements, on which fuel assemblies are vertically mounted, spaced apart from above by the upper block of protective tubes with a perforated shell, each fuel assembly containing a head, a shank, a bundle of fuel rods installed in spacer grids with a hexagonal rim, size " turnkey "which along the edges is less than the step of placing the supporting elements by the amount of the mounting gap. The presence of a mounting gap is mandatory, otherwise it is not possible to assemble the active zone of a fuel assembly without damage and, accordingly, it is not possible to disassemble the core without damage to a fuel assembly. The FA prototype and the core prototype have the same drawbacks as the drawbacks of the analogs given above.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и безопасности работы водо-водяного энергетического ядерного реактора, интенсификация теплообмена, уменьшение при этом неравномерности энерговыделения в активной зоне и предупреждение деформации ТВС за счет плотной упаковки ТВС между собой. An object of the invention is to increase the reliability and safety of a pressurized water nuclear power reactor, to intensify heat transfer, while reducing uneven energy release in the core and preventing deformation of fuel assemblies due to the tight packing of fuel assemblies between them.

Эта техническая задача решается тем, что у ТВС энергетического водо-водяного ядерного реактора, содержащей гексагональный в поперечном сечении пучок ТВЭЛов в каркасе, включающем дистанционирующие решетки сотовой конструкции и имеющие в своем составе ячейки и обода, несущую решетку, хвостовик, съемную головку, центральную трубу и направляющие каналы в виде труб, внутрь которых входят стержни управления и защиты и имеющие на нижнем торце наконечники, которыми они прикреплены к несущей решетке, закрепленной на хвостовике; согласно изобретению на гранях ободов дистанционирующих решеток ТВС между головкой и хвостовиком выполнены выступы в виде профильных с симметричными закруглениями ребер-интенсификаторов теплосъема с уклоном в одну сторону под углом к оси ТВС, обеспечивающим завихрение потока теплоносителя, причем проекции выступов на горизонтальную плоскость не перекрываются. Другим отличием является то, что угол наклона выступа - профильного с симметричными закруглениями ребра к оси ТВС выполнен менее 90^o, но более 0^o; размещение от головки до хвостовика выступов на каждой грани ободов дистанционирующих решеток по углам условного равнобедренного треугольника с вершиной в сторону хвостовика и в точках пересечения сторон дистанционирующих решеток с поперечными осями дистанционирующих решеток.This technical problem is solved by the fact that a fuel assembly of an energy water-cooled nuclear reactor containing a bundle of fuel elements that is hexagonal in cross section in a frame including spacer grids of a honeycomb structure and incorporating cells and a rim, a support grid, a shank, a removable head, and a central pipe and guide channels in the form of pipes, into which control and protection rods and tips having a lower end are attached, with which they are attached to a supporting grid fixed to the shank; According to the invention, on the faces of the rims of the fuel assembly spacing lattices between the head and the shank, protrusions are made in the form of profile-shaped heat-emitting rib intensifiers with a slope to one side at an angle to the axis of the fuel assembly, providing a swirl of the coolant flow, and the projections of the protrusions on the horizontal plane do not overlap. Another difference is that the angle of inclination of the protrusion - profile with symmetrical rounded edges to the axis of the fuel assembly is made less than 90 ^o , but more than 0 ^o ; placing from the head to the shank of the protrusions on each face of the rims of the spacing grids at the corners of the conditional isosceles triangle with the apex toward the shank and at the intersection points of the sides of the spacing grids with the transverse axes of the spacing grids.

Эта техническая задача решается тем, что в активной зоне водо-водяного энергетического ядерного реактора, включающей нижнюю опорную решетку с опорными элементами, на которую вертикально установлены ТВС, дистанционируемые сверху верхним блоком защитных труб с перфорированной обечайкой, содержащие головку, хвостовик, пучок ТВЭЛов в дистанционирующих решетках с гексагональным ободом, у которого размер "под ключ" меньше шага размещения опорных элементов на величину монтажного зазора; согласно изобретению ТВС в активной зоне относительно друг друга зафиксированы по их высоте точечно с натягом путем совмещения при сборке активной зоны выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер, выполненных на гранях ободов одной ТВС с выступами - профильными с симметричными закруглениями опорных ребер смежных ТВС друг напротив друга с суммарной высотой совмещенных выступов, равной величине монтажного зазора, при этом проекция совмещенных выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер на вертикальную плоскость представлена в виде "X", а расстояние между верхними парными выступами на гранях обода ТВС выбрано достаточным для свободного прохождения нижних парных и одиночных выступов на гранях ободов соседней, примыкающей ТВС при ее вертикальном перемещении вверх или вниз. Другим отличием является то, что проекция всех совмещенных выступов по высоте примыкающих друг к другу ТВС представлена как условный равнобедренный треугольник с вершиной в сторону хвостовика ТВС с выступами по его углам и в точках пересечения боковых сторон треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток. This technical problem is solved in that in the active zone of a pressurized water nuclear power reactor, including a lower support grid with support elements, on which fuel assemblies are vertically mounted, spaced apart from above by the upper block of protective pipes with a perforated shell, containing a head, a shank, a bundle of fuel rods in the spacers lattices with a hexagonal rim, whose “turnkey” size is less than the pitch of the support elements by the amount of the mounting gap; according to the invention, fuel assemblies in the active zone relative to each other are fixed pointwise with an interference fit by alignment when assembling the active zone of the protrusions - profile with symmetrical rounding of the support ribs made on the faces of the rims of one fuel assembly with the protrusions - profile with symmetrical rounding of the supporting ribs of adjacent fuel assemblies friend with the total height of the combined protrusions equal to the size of the mounting gap, while the projection of the combined protrusions is profile with symmetrical rounding of the support ribs on the top the vertical plane is represented as “X”, and the distance between the upper pair of protrusions on the faces of the fuel assembly rim is selected sufficient for the free passage of the lower pair and single protrusions on the faces of the rims of the adjacent adjoining fuel assembly when it is vertically moved up or down. Another difference is that the projection of all aligned protrusions along the height of the fuel assemblies adjoining each other is presented as a conditional isosceles triangle with an apex toward the fuel assembly shank with protrusions at its corners and at the points of intersection of the sides of the triangle with the transverse axes of the spacer grids.

Выполнение на гранях ободов дистанционирующих решеток ТВС при их изготовлении выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер-интенсификаторов теплосъема с уклоном в одну сторону под углом к оси ТВС позволит обеспечить завихрение потока теплоносителя и интенсифицировать теплосъем в ядерном реакторе. Performing on the faces of the rims of the fuel assembly spacing lattices during their production of the projections - profile with symmetrical curvatures of the support ribs-intensifiers of heat removal with a slope in one direction at an angle to the axis of the fuel assembly will allow for swirling of the coolant flow and intensify heat removal in a nuclear reactor.

Размещение выступов на гранях дистанционирующих решеток ТВС так, что их проекции на горизонтальную плоскость не перекрываются, позволяет осуществить свободную установку ТВС в активную зону с монтажным зазором относительно ранее установленных ТВС в активной зоне до момента одновременного касания всех выступов по высоте ТВС и хвостовиком опорного элемента нижней опорной решетки активной зоны ядерного реактора. Фиксация ТВС в активной зоне относительно друг друга по их высоте точечно с натягом путем совмещения выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер с проекцией совмещенных выступов на вертикальную плоскость в виде "X" позволит повысить надежность и безопасность работы ядерного реактора, интенсифицировать теплосъем, уменьшить неравномерность энерговыделения и предупредить деформацию ТВС за счет плотной упаковки ТВС между собой в активной зоне ядерного реактора. The placement of the protrusions on the faces of the fuel assembly spacer grids so that their projections onto the horizontal plane do not overlap allows for the free installation of the fuel assemblies in the active zone with the mounting gap relative to the previously installed fuel assemblies in the active zone until all protrusions simultaneously touch the height of the fuel assembly and the shank of the lower support element support lattice of the core of a nuclear reactor. Fixing fuel assemblies in the core relative to each other in height by a point with an interference fit by combining the protrusions — profile support ribs with symmetrical curvature and projecting the aligned protrusions onto a vertical plane in the form of an “X”, will increase the reliability and safety of a nuclear reactor, intensify heat removal, and reduce unevenness energy release and to prevent deformation of fuel assemblies due to the tight packing of fuel assemblies among themselves in the core of a nuclear reactor.

На чертежах представлена ТВС и активная зона водо-водяного ядерного реактора, где
на фиг.1 - ТВС водо-водяного реактора;
на фиг.2 - водо-водяной ядерный реактор;
на фиг.3 - дистанционирующая решетка в ТВС, первая от хвостовика вверх;
на фиг.4 - дистанционирующая решетка в ТВС, первая от головки вниз;
на фиг.5 - активная зона ядерного реактора (разрез, вид сверху);
на фиг.6 - фрагмент стыковки ТВС с соседними ТВС в активной зоне совмещением выступов 11-11, 12-12, 13-13 (вид сверху);
на фиг.7 - фрагмент стыковки выступов соседних ТВС в активной зоне;
на фиг.8 - схема загрузки ТВС (изометрия);
на фиг.9 - схема стыковки ТВС с соседними ТВС (изометрия).The drawings show fuel assemblies and the core of a water-cooled nuclear reactor, where
figure 1 - fuel assembly of a water-water reactor;
figure 2 - water-water nuclear reactor;
figure 3 - spacer grid in the fuel assembly, the first from the shank up;
figure 4 - spacer grid in the fuel assembly, the first from the head down;
figure 5 - active zone of a nuclear reactor (section, top view);
figure 6 is a fragment of the docking of fuel assemblies with neighboring fuel assemblies in the active zone by combining the protrusions 11-11, 12-12, 13-13 (top view);
Fig.7 is a fragment of the connection of the protrusions of adjacent fuel assemblies in the active zone;
on Fig - loading diagram of fuel assemblies (isometry);
Fig.9 is a diagram of the docking of fuel assemblies with neighboring fuel assemblies (isometry).

ТВС водо-водяного ядерного реактора содержит гексагональный в поперечном сечении пучок ТВЭЛов 1 с длиной "L" (фиг.1) в каркасе, включающем дистанционирующие решетки сотовой конструкции, имеющие в своем составе ячейки 2 и обода 3 (фиг.3), несущую решетку 4, хвостовик 5, съемную головку 6, центральную трубу 7 и направляющие каналы 8 в виде труб, внутрь которых входят стержни 9 (фиг. 2) управления и защиты (СУЗ) и имеющие на нижнем торце наконечники на направляющих каналах и ТВЭЛах, которыми они прикреплены к несущей решетке 4, закрепленной на хвостовике 5. На гранях 10 (фиг.1) ободов 3 дистанционирующих решеток, находящихся на ТВС между головкой 6 и хвостовиком 5, на расстоянии "L1" от головки 6 вниз выполнены по два профильных с симметричными закруглениями выступа 11 в виде опорных ребер, а на гранях 10 обода 3 на расстоянии "L2" от хвостовика 5 вверх выполнены по центру по одному выступу - профильному с симметричными закруглениями опорному ребру 12, т. е. выступы размещены по углам условного равнобедренного треугольника с вершиной в сторону хвостовика 5 и в точках пересечения сторон треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток. The fuel assembly of a pressurized water nuclear reactor contains a beam of fuel elements 1 with a length “L” (FIG. 1), hexagonal in cross section, in a frame including spacer grids of a honeycomb structure, incorporating cells 2 and a rim 3 (FIG. 3), carrying a grid 4, a shank 5, a removable head 6, a central pipe 7 and guide channels 8 in the form of pipes, inside of which control and protection rods 9 (FIG. 2) control and protection (CPS) and having tips at the lower end on the guide channels and the fuel rods with which they attached to the supporting grid 4, mounted on the shank 5. and faces 10 (FIG. 1) of the rims 3 of the spacer grids located on the fuel assembly between the head 6 and the shank 5, at a distance “L1” from the head 6 downward, two profile ribs 11 with symmetrical curves are made in the form of supporting ribs, and on the faces 10 the rim 3 at a distance of "L2" from the shank 5 upwards is made in the center along one protrusion - a support rib 12 with a profile with symmetrical curves. That is, the protrusions are placed at the corners of the conditional isosceles triangle with the apex toward the shank 5 and at the points of intersection of the sides of the triangle with across GOVERNMENTAL axle spacing grids.

Выступы - профильные с симметричными закруглениями опорные ребра 11 и выступы - профильные с симметричными закруглениями ребра 12, а также выступы 13 в точках пересечения сторон условного треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток являются интенсификаторами теплосьема и выполнены с уклоном в одну сторону под углом "α" к оси ТВС, обеспечивающем завихрение потока теплоносителя. Угол "α" выполнен равным менее 90^o и более 0^o относительно оси ТВС. Активная зона 14 водо-водяного энергетического реактора включает нижнюю опорную решетку 15 с опорными элементами, на которую вертикально установлены ТВС, дистанционируемые сверху верхним блоком 16 защитных труб с перфорированной обечайкой, содержащие головку 6, хвостовик 5, пучок ТВЭЛов 1 в дистанционирующих решетках с гексагональным ободом 3, у которого размер "под ключ" меньше шага размещения опорных элементов на величину монтажного зазора 17. ТВС в активной зоне 14 относительно друг друга зафиксированы точечно с натягом на расстоянии "L1" от головки 6 вниз, "L2" - от хвостовика 5 вверх и в точках пересечения сторон условного равнобедренного треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток путем совмещения в верхней части двух выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер 11, выполненных на каждой грани 10 обода 3 одной ТВС с двумя выступами - профильными с симметричными закруглениями опорными ребрами 11 на каждой грани 10 обода 3 других ТВС, совмещения в средней части симметричных выступов с аналогичными выступами 13 других ТВС и в нижней части тепловыделяющей сборки одного выступа - профильного с симметричными закруглениями опорного ребра 12, выполненных на каждой грани 10 обода 3 одной ТВС с одним выступом - профильным с симметричными закруглением опорным ребром 12 на каждой грани 10 обода 3 соседних тепловыделяющих сборок при сборке активной зоны 14 ТВС. Проекция совмещенных выступов - профильных с симметричным закруглением опорных ребер 11-11, 12-12, 13-13 примыкающих друг к другу граней 10-10 ободов 3-3 соседних ТВС на вертикальную плоскость представлена в виде "X". Расстояние между парными выступами - профильными с симметричными закруглениями опорными ребрами 11 на каждой грани 10 обода 3 в верхней части ТВС выполнено достаточным для свободного прохождения нижних парных выступов и одного выступа - профильного с симметричными закруглениями опорного ребра 12 на ободе 3 соседней от примыкающей ТВС при ее вертикальном перемещении вверх или вниз.The protrusions — supporting ribs 11, profile with symmetrical curves, and the ribs 12, profile with symmetrical curves, and the protrusions 13 at the points of intersection of the sides of the conditional triangle with the transverse axes of the spacing grids are heat intensifiers and are made with a slope in one direction at an angle “α” to the axis of the fuel assembly, providing a swirl of the coolant flow. The angle "α" is made equal to less than 90 ^o and more than 0 ^o relative to the axis of the fuel assembly. The active zone 14 of the water-cooled water power reactor includes a lower support grid 15 with support elements, on which fuel assemblies are vertically mounted, spaced apart from above by the upper block 16 of protective tubes with a perforated shell, containing a head 6, a shank 5, a bundle of fuel rods 1 in the spacer grids with a hexagonal rim 3, in which the "turnkey" size is less than the step of the placement of the supporting elements by the amount of the mounting gap 17. The fuel assemblies in the core 14 relative to each other are fixed point with an interference fit at a distance of "L1" from 6 shafts down, “L2” - from the shank 5 up and at the intersection points of the sides of the conditional isosceles triangle with the transverse axes of the spacer grids by combining in the upper part of the two protrusions - profile with symmetrical curvings of the supporting ribs 11, made on each face 10 of the rim 3 of one fuel assembly with two protrusions - profile with symmetrical rounding support ribs 11 on each face 10 of the rim 3 of other fuel assemblies, combining in the middle part of the symmetrical protrusions with similar protrusions 13 of other fuel assemblies and in the lower part of the heat of the assembly of one protrusion - profile with symmetrical curves of the support rib 12, made on each face 10 of the rim 3 of one fuel assembly with one protrusion - of the profile with symmetric curves of the support rib 12 on each face 10 of the rim 3 of the adjacent fuel assemblies during assembly of the active zone 14 of the fuel assembly. The projection of the combined protrusions - profile with symmetrical rounding of the support ribs 11-11, 12-12, 13-13 of the adjoining faces of 10-10 rims of 3-3 adjacent fuel assemblies on a vertical plane is presented in the form of "X". The distance between the paired protrusions — the supporting ribs 11, profile with symmetrical curvatures, on each face 10 of the rim 3 in the upper part of the fuel assembly is made sufficient for the free passage of the lower paired protrusions and one protrusion — the profile rib 12 with the symmetrical curvings on the rim 3 adjacent to the adjacent fuel assembly vertically moving up or down.

Ввод теплоносителя в активную зону 14 ядерного реактора осуществлен через патрубок 18, а вывод теплоносителя из активной зоны 14 ядерного реактора осуществлен через патрубок 19. Стержни 9 управления и защиты (СУЗ) снабжены приводом 20. Активная зона 14 размещена в опорно-дистанционирующем устройстве 21, размещенном в корпусе 22 ядерного реактора. The coolant was introduced into the core 14 of the nuclear reactor through the pipe 18, and the coolant was withdrawn from the core 14 of the nuclear reactor through the pipe 19. The control and protection rods 9 are equipped with a drive 20. The core 14 is located in the support-distance device 21, located in the housing 22 of the nuclear reactor.

Активную зону ядерного реактора комплектуют следующим образом. В активную зону 14 устанавливаются ТВС, содержащие гексагональные в поперечном сечении пучки ТВЭЛов 1 с длиной "L" в каркасах, включающих дистанционирующие решетки сотовой конструкции и имеющие в своем составе ячейки 2 и обод 3, несущую решетку 4, хвостовик 5, съемную головку 6, центральную трубу 7, направляющие каналы 8, внутрь которых входят стержни 9 управления и защиты (СУЗ) и имеющие на нижнем торце наконечники, которыми они прикреплены к несущей решетке 4, закрепленной на хвостовике 5. Предварительно на всех ободах 3 дистанционирующих решеток, находящихся в ТВС между головкой 6 и хвостовиком 5, на расстоянии "L1" от головки 6 вниз и на расстоянии "L2" от хвостовика 5 вверх выполняют выступы на каждой грани 10 обода 3 в виде профильных с симметричными закруглениями опорных ребер-интенсификаторов теплосьема с уклоном в одну сторону под углом "α" к оси ТВС, обеспечивающем завихрение потока теплоносителя. Причем на верхнем ободе 3, установленном ниже головки 6 ТВС, на каждой его грани 10 выполняют по два симметричных выступа - профильных с симметричными закруглениями опорных ребра 11, а на нижнем ободе 3, установленном выше хвостовика 5, на каждой грани 10 по центру выполняют по одному выступу - профильному с симметричными закруглениями опорному ребру 12. На остальных ободах 3 в средней части выступы 13 выполняют в точках пересечения сторон условного равнобедренного треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток. При выполнении выступов их наклон выбирают, равным менее 90^o, но более 0^o к оси ТВС. ТВС в активной зоне 14 устанавливают на опорную решетку 15 с опорными элементами. Сверху ТВС дистанционируют верхним блоком 16 защитных труб с перфорированной обечайкой. Между ТВС при установке их в активную зону 14 предусмотрен монтажный зазор 17, образуемый разницей между шагом размещения опорных элементов опорной решетки 15 и размером "под ключ" обода 3 ТВС. ТВС в активной зоне 14 относительно друг друга фиксируют точечно с натягом на расстоянии "L1" от головки 6 вниз, "L2" - от хвостовика 5 вверх и в средней части ТВС путем совмещения в верхней части ТВС двух выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер 11, выполненных на каждой грани 10 обода 3 одной ТВС, с двумя выступами - профильными с симметричными закруглениями опорными ребрами 11 на каждой грани 10 обода 3 других ТВС, совмещения выступов 13 в средней и выступов 12 в нижней частях ТВС с аналогичными выступами 13, 12 соседних ТВС. При этом проекция совмещенных выступов - профильных с симметричными закруглениями опорных ребер 11-11 и 12-12, 13-13, примыкающих друг к другу граней 10-10 ободов 3-3 соседних ТВС на вертикальную плоскость представлена в виде "X", а расстояние "L3" между парными выступами - профильными с симметричными закруглениями опорными ребрами 11 на каждой грани 10 обода 3 в верхней части выдерживают достаточным для свободного прохождения парных выступов 13 и одного выступа - профильного с симметричными закруглениями опорного ребра 12 на ободе 3 соседней примыкающей ТВС при ее вертикальном перемещении вверх или вниз. Благодаря тому, что выступы - профильные ребра имеют наклон, симметричные закругления и высоту, равную половине монтажного зазора, то при совмещении смежных выступов при установке ТВС в активную зону натяг осуществляется под собственным весом устанавливаемой ТВС относительно ранее установленной ТВС скольжением выступов относительно друг друга в момент их касания. При выгрузке ТВС в первоначальный момент идет размыкание между выступами, а в дальнейшем подъем ТВС идет уже с монтажным зазором между ТВС. Проекция всех совмещенных выступов по высоте примыкающих друг к другу ТВС представлена как условный равнобедренный треугольник с вершиной в сторону хвостовика ТВС с выступами 11, 12 по углам и выступами 13 в точках пересечения сторон треугольника с поперечными осями дистанционирующих решеток.The core of a nuclear reactor is equipped as follows. In the active zone 14, fuel assemblies are installed that contain bundles of fuel rods 1 with a length “L” hexagonal in cross section and having frames L, including spacer grids of a honeycomb design and incorporating cells 2 and a rim 3, carrying a grill 4, a shank 5, a removable head 6, a central pipe 7, guide channels 8, inside which control and protection rods 9 (CPS) enter and having tips at the lower end with which they are attached to the support grid 4 fixed to the shank 5. Previously, on all rims 3 of the distance gratings, located in the fuel assembly between the head 6 and the shank 5, at a distance of "L1" from the head 6 down and at a distance of "L2" from the shank 5 upwards, protrusions on each face 10 of the rim 3 are made in the form of supporting heat-intensifying profile ribs with symmetrical curvatures with a slope in one direction at an angle "α" to the axis of the fuel assembly, ensuring swirl of the coolant flow. Moreover, on the upper rim 3 installed below the head 6 of the fuel assembly, on each of its faces 10, two symmetrical protrusions are performed - profile support ribs 11 with symmetrical curves, and on the lower rim 3 installed above the shank 5, in the center 10 one protrusion - the supporting rib 12, profile with symmetrical curves. On the other rims 3 in the middle part, the protrusions 13 are performed at the intersection points of the sides of the conditional isosceles triangle with the transverse axes of the spacing grids. When performing the protrusions, their inclination is chosen equal to less than 90 ^o , but more than 0 ^o to the axis of the fuel assembly. A fuel assembly in the core 14 is mounted on a support grid 15 with support elements. The fuel assemblies are spaced from above by the upper block 16 of protective tubes with a perforated shell. Between the fuel assemblies, when they are installed in the core 14, a mounting gap 17 is provided, which is formed by the difference between the pitch of the support elements of the support lattice 15 and the turnkey size of the fuel assembly rim 3. FAs in the active zone 14 are fixed relative to each other pointwise with an interference fit at a distance “L1” from the head 6 down, “L2” - from the shank 5 upwards and in the middle part of the FAs by combining two protrusions in the upper part of the FAs - profile with symmetrical rounding of the support ribs 11, made on each face 10 of the rim 3 of one fuel assembly, with two protrusions - profile with symmetrical rounding of the supporting ribs 11 on each face 10 of the rim 3 of other fuel assemblies, combining the protrusions 13 in the middle and protrusions 12 in the lower parts of the fuel assemblies with similar protrusions 13, 12 neighboring fuel assemblies. In this case, the projection of the combined protrusions - profile with symmetrical curvatures of the supporting ribs 11-11 and 12-12, 13-13, adjacent to each other of the faces of 10-10 rims of 3-3 adjacent fuel assemblies on a vertical plane is presented in the form of "X", and the distance The “L3” between the pair of protrusions — the support ribs 11, profile with symmetrical curvatures, on each face 10 of the rim 3 in the upper part is kept sufficient for the free passage of the pair protrusions 13 and one protrusion — the support rib 12, profile with symmetrical curvatures, on the rim 3 of the adjacent adjacent TV C with its vertical movement up or down. Due to the fact that the protrusions - profile ribs have a slope, symmetrical curves and a height equal to half the mounting gap, when combining adjacent protrusions when installing the fuel assembly in the active zone, the interference is carried out under the own weight of the installed fuel assembly relative to the previously installed fuel assembly by sliding the protrusions relative to each other at the moment their touch. When the fuel assemblies are unloaded, at the initial moment, an opening between the protrusions occurs, and subsequently the fuel assemblies rise with the mounting gap between the fuel assemblies. The projection of all aligned protrusions along the height of the fuel assemblies adjacent to each other is presented as a conditional isosceles triangle with an apex toward the shank of the fuel assemblies with protrusions 11, 12 at the corners and protrusions 13 at the intersection points of the sides of the triangle with the transverse axes of the spacer grids.

При работе ядерного реактора теплоноситель в активную зону 14, размещенную в опорно-дистанционирующем устройстве 21 корпуса 22 ядерного реактора, подают через патрубок 18, а выводят через патрубок 19. При этом благодаря наклонным выступам 11-12-13-профильным ребрам теплоноситель приобретает завихрение, являющееся наиболее эффективным при теплосъеме с ТВС, и достигается плотная упаковка ТВС в активной зоне. During the operation of a nuclear reactor, the coolant in the core 14, located in the supporting-spacing device 21 of the housing 22 of the nuclear reactor, is fed through the pipe 18, and output through the pipe 19. Moreover, due to the inclined protrusions 11-12-13-profile ribs, the coolant acquires a swirl, which is the most effective in heat removal from fuel assemblies, and dense packing of fuel assemblies in the core is achieved.

Claims

1. The fuel assembly of a power water-cooled nuclear reactor containing a beam of fuel elements hexagonal in cross section in a frame including spacer grids of a honeycomb structure and incorporating cells and a rim, a support grid, a shank, a removable head, a central tube and guide channels into in the form of pipes, into which control and protection rods enter, and having lugs on the lower end, with which they are attached to a supporting grid fixed to the shank, characterized in that on the faces of the rims of the spacer grids of the fuel assembly between the head and the shank, protrusions are made in the form of profile ribs with symmetrical rounding - heat transfer intensifiers with a slope in one direction at an angle to the axis of the fuel assembly, providing a swirl of the coolant flow, and the projections of the protrusions on the horizontal plane do not overlap.

2. The fuel assembly according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the protrusion - profile with symmetrical rounded edges to the axis of the fuel assembly is made less than 90 ^o , but more than 0 ^o .

3. The fuel assembly according to claim 1, characterized in that the protrusions on each face of the rims of the spacing grids are arranged from the head to the shank at the angles of the conditional isosceles triangle with the apex toward the shank and at the intersection points of the sides of the triangle with the transverse axes of the spacing grids.

4. The active zone of a water-cooled nuclear power reactor, including a lower support grid with support elements, on which fuel assemblies are spaced vertically, spaced apart from above by the upper protective tube block with a perforated shell, containing a head, a shank, a bundle of fuel elements in spacer grids with a hexagonal rim , whose "turnkey" size is less than the step of placing the supporting elements by the size of the mounting gap, characterized in that the fuel assemblies are actively in relation to each other, pointwise tightened by their height are fixed by alignment when assembling the active zone of the protrusions - profile with symmetrical rounding of the support ribs made on the faces of the rims of one fuel assembly with the protrusions - profile with symmetrical rounding of the supporting ribs of adjacent fuel assemblies opposite to each other the height of the combined protrusions equal to the size of the mounting gap, while the projection of the combined protrusions is profile with symmetrical curves of the support ribs n and the vertical plane is represented as "X", and the distance between the upper pair of protrusions on the faces of the rim of the fuel assembly is selected sufficient for the free passage of the lower pair and single protrusions on the faces of the rims of an adjacent adjacent fuel assembly when it is vertically moved up or down.

5. The active zone of a pressurized water power reactor according to claim 4, characterized in that the projection of all aligned protrusions along the height of the heat-generating assemblies adjacent to each other is presented as a conditional isosceles triangle with an apex toward the shank with protrusions at its corners and at the intersection points of the side sides of the triangle with the transverse axes of the spacing grids.