RU2293003C1

RU2293003C1 - Nuclear reactor fuel element plug

Info

Publication number: RU2293003C1
Application number: RU2005119119/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Антонович Кислицкий (RU); Александр Антонович Кислицкий; Михаил Викторович Полозов (RU); Михаил Викторович Полозов; Владимир Владимирович Агишев (RU); Владимир Владимирович Агишев; Александр Михайлович Лузин (RU); Александр Михайлович Лузин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2007-02-10

Abstract

FIELD: nuclear engineering; fuel elements of nuclear reactors.

SUBSTANCE: proposed fuel element plug has section welded deep into can, its diameter being smaller than outer diameter of can but greater than its inner diameter; it also has end cap. The latter has surface for supplying welding current and applying force. End cap diameter is not smaller than that of fuel element can. Annular drilling is disposed between part to be welded in and surface for supplying welding current. End surface of annular drilling crosses surface of section being welded in. Diameter of annular drilling ranges between diametric dimensions of adjacent sections of plug.

EFFECT: reduced hydraulic resistance to coolant flow in reactor, facilitated manufacture, universal mechanical design.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной техники и в частности к конструкции тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов.The invention relates to nuclear technology and in particular to the design of fuel elements (fuel elements) of nuclear reactors.

Известна заглушка для герметизации твэлов, содержащая ввариваемую в оболочку часть и наружную часть с коническим окончанием (см. ЕР 0587926 В1, 1996 г.).Known plug for sealing fuel rods containing welded into the shell part and the outer part with a conical end (see EP 0587926 B1, 1996).

Заглушка имеет максимальный диаметр меньше наружного диаметра оболочки, в результате после сварки между заглушкой и оболочкой твэла образуется ступенчатый переход, увеличивающий гидравлическое сопротивление сварного соединения. Не обеспечивается качественная сборка готовых твэлов в кассету тепловыделяющей сборки (ТВС) при их проталкивании через дистанционирующие решетки. Недостатком ее является также то, что поверхности для подвода сварочного тока и сварочного усилия к заглушке совпадают и находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси заглушки. Это приводит к неравномерному разогреву свариваемых деталей из-за разности площади токоподводящей поверхности у заглушки и сечения стыка в начальный момент сварки и способствует деформации заглушки в месте подвода к ней сварочного тока и усилия, что приводит к ухудшению качества сварного соединения.The plug has a maximum diameter smaller than the outer diameter of the cladding; as a result, after welding, a step transition is formed between the plug and the cladding of a fuel rod, which increases the hydraulic resistance of the welded joint. The quality assembly of finished fuel elements into the fuel assembly cartridge (FA) is not ensured when they are pushed through the spacer grids. Its disadvantage is that the surfaces for supplying the welding current and welding force to the plug coincide and are in the same plane perpendicular to the axis of the plug. This leads to uneven heating of the parts to be welded due to the difference in the area of the current-supplying surface at the plug and the joint section at the initial moment of welding and contributes to the deformation of the plug at the point of supply of welding current and force to it, which leads to a deterioration in the quality of the welded joint.

Наиболее близким техническим решением-прототипом является заглушка по патенту РФ №2082574, 1997 для герметизации твэлов, имеющая ступенчатую цилиндрическую форму с максимальным диаметром, ввариваемым в оболочку, превышающим ее внутренний диаметр в 0,2-1,4 раза, и концевик, диаметр которого меньше минимального значения диаметра, ввариваемого в оболочку, или равен ему.The closest technical solution to the prototype is a plug according to the patent of the Russian Federation No. 2082574, 1997 for sealing fuel rods, having a stepped cylindrical shape with a maximum diameter welded into the shell, exceeding its inner diameter by 0.2-1.4 times, and a trailer, the diameter of which less than the minimum value of the diameter welded into the shell, or equal to it.

Недостатком этой заглушки является то, что поверхности для подвода сварочного тока и сварочного усилия к заглушке совпадают и находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси заглушки. Это, с одной стороны, приводит к неравномерному разогреву свариваемых деталей из-за разности площади токоподводящей поверхности у заглушки и сечения стыка в начальный момент сварки и ухудшению ее качества, а с другой, предопределяет повышенное гидравлическое сопротивление заглушки потоку теплоносителя в реакторе из-за наличия ступенчатого перехода между торцом оболочки твэла и наружным диаметром заглушки, ухудшающим условия собираемости твэлов в кассету при изготовлении тепловыделяющей сборки.The disadvantage of this plug is that the surfaces for supplying the welding current and welding force to the plug coincide and are in the same plane perpendicular to the axis of the plug. This, on the one hand, leads to uneven heating of the parts to be welded due to the difference in the area of the current-supplying surface at the plug and the joint section at the initial moment of welding and the deterioration of its quality, and on the other hand, it determines the increased hydraulic resistance of the plug to the flow of coolant in the reactor due to the presence of stepwise transition between the end face of the fuel rod cladding and the outer diameter of the plug, worsening the conditions for the collection of fuel rods in the cassette in the manufacture of the fuel assembly.

Длина концевика ограничена и зависит от электрического сопротивления материала заглушки, используемых режимов сварки. Увеличение ее приводит к излишнему разогреву металла заглушки, непосредственно не участвующего в образовании сварного соединения, и деформации заглушки в осевом и радиальном направлении, ухудшающей характеристики изделий.The length of the trailer is limited and depends on the electrical resistance of the plug material, the welding modes used. An increase in it leads to excessive heating of the metal of the plug, which is not directly involved in the formation of the welded joint, and deformation of the plug in the axial and radial direction, which worsens the characteristics of the products.

Технической задачей изобретения является снижение гидравлического сопротивления заглушки потоку теплоносителя в реакторе, повышение технологичности процесса изготовления ТВС и повышение универсальности конструкции.An object of the invention is to reduce the hydraulic resistance of the plugs to the flow of coolant in the reactor, increasing the manufacturability of the manufacturing process of fuel assemblies and increasing the versatility of the design.

Поставленная задача достигается тем, что в известной заглушке тепловыделяющего элемента ядерного реактора, содержащей участок, ввариваемый с заглублением в оболочку, с диаметром меньше наружного диаметра оболочки, но больше внутреннего ее диаметра, и концевик, имеющий поверхность для подвода сварочного тока и усилия, согласно формуле изобретения диаметр концевика заглушки, по крайней мере, не меньше диаметра оболочки твэла, а между ввариваемым участком и поверхностью для подвода сварочного тока расположена кольцевая проточка, торцевая поверхность которой пересекается с поверхностью ввариваемого участка, а величина ее диаметра находится между диаметральными размерами соседних с ней участков заглушки.The problem is achieved in that in the known plug of the fuel element of a nuclear reactor containing a section welded with a recess in the shell, with a diameter smaller than the outer diameter of the shell, but larger than its inner diameter, and an end having a surface for supplying welding current and force, according to the formula of the invention, the diameter of the end cap of the plug is at least not less than the diameter of the cladding of a fuel rod, and an annular groove is located between the welded section and the surface for supplying welding current wherein the surface intersects the surface of the welded portion, and the size of its diameter is between diametral dimensions neighboring portions stub.

Задача решается также благодаря тому, что поверхности для подвода сварочного тока и сварочного усилия разделены, при этом поверхность для подвода сварочного тока параллельна оси заглушки и расположена между кольцевой проточкой и поверхностью для подвода сварочного усилия, а ширина кольцевой проточки заглушки оставляет 0,3-1,5 мм.The problem is also solved due to the fact that the surfaces for supplying welding current and welding force are separated, while the surface for supplying welding current is parallel to the axis of the plug and is located between the annular groove and the surface for supplying welding force, and the width of the annular groove of the plug leaves 0.3-1 5 mm.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:The specified set of features is new, not known from the prior art and solves the problem, since:

- наличие хвостовика с диаметром не меньше диаметра оболочки твэла позволяет устранить ступенчатый переход между заглушкой и торцом оболочки твэла, что снижает гидравлическое сопротивление заглушки и твэла в целом. Максимальная величина этого диаметра определяется максимально допустимым диаметром оболочки твэла. Превышение ее нарушает условия эксплуатации твэлов в реакторе;- the presence of a shank with a diameter not less than the diameter of the cladding of the fuel rod allows you to eliminate the stepwise transition between the plug and the end of the cladding of the fuel rod, which reduces the hydraulic resistance of the plug and the fuel rod as a whole. The maximum value of this diameter is determined by the maximum permissible diameter of the cladding of the fuel rod. Exceeding it violates the operating conditions of the fuel rods in the reactor;

- кольцевая проточка, расположенная между ввариваемой частью и хвостовиком заглушки с величиной диаметра, находящейся между диаметральными размерами соседних с ним участков заглушки, и в частности меньше диаметра оболочки, дает возможность при диаметре хвостовика не меньше диаметра оболочки твэла осуществлять при сварке заглушки дополнительное ее перемещение без упора в сварочную оснастку, что уменьшает расстояние между торцом оболочки твэла и торцевой поверхностью заглушки, способствует тем самым также снижению турбулентности охлаждающих потоков и гидравлического сопротивления конструкции в этом месте и упрощает сборку твэлов в кассеты;- an annular groove located between the welded part and the shank of the plug with a diameter between the diameters of the adjacent portions of the plug, and in particular less than the diameter of the shell, makes it possible to carry out additional welding without welding the diameter of the shank of the fuel rod while welding the plug without focus on welding equipment, which reduces the distance between the end face of the fuel cladding and the end surface of the plug, thereby also reducing the turbulence of cooling waiting streams and hydraulic resistance of the structure in this place and simplifies the assembly of fuel rods into cassettes;

- торцевая поверхность, пересекающаяся с ввариваемой частью заглушки, ограничивает течение грата при сварке, обеспечивая его объемное сжатие и уплотнение, что позволяет также уменьшить гидравлическое сопротивление и упрощает сборку твэлов в кассеты;- the end surface intersecting with the welded part of the plug, limits the flow of the weld during welding, providing its volumetric compression and sealing, which also reduces hydraulic resistance and simplifies the assembly of fuel rods into cassettes;

- наличие раздельных поверхностей для подвода сварочного тока и приложения сварочного усилия к заглушке дает возможность создавать различные модификации твэлов в зависимости от предъявляемых требований, что повышает универсальность конструкции заглушки:- the presence of separate surfaces for supplying welding current and applying welding force to the plug makes it possible to create various modifications of fuel rods depending on the requirements, which increases the universality of the plug design:

- выполнение кольцевой проточки шириной менее 0,3 мм нецелесообразно, так как это не дает какого-нибудь существенного эффекта, а при ее ширине более 1,5 мм отмечается повышенный нагрев заглушки в этом месте и чрезмерная ее деформация, ухудшающая в конечном итоге внешний вид и характеристики твэлов, изготовленных с применением такой заглушки.- the implementation of an annular groove with a width of less than 0.3 mm is impractical, since this does not give any significant effect, and with its width of more than 1.5 mm there is an increased heating of the plug in this place and its excessive deformation, which ultimately worsens the appearance and characteristics of fuel elements made using such a plug.

Предлагаемая заглушка поясняется чертежами.The proposed plug is illustrated by drawings.

На фиг.1 и фиг.2 показаны варианты предлагаемой конструкции заглушки.Figure 1 and figure 2 shows the options for the proposed design of the stub.

На фиг.3 приведена схема сварки с одним из вариантов конструкции заглушки.Figure 3 shows the welding circuit with one design option plugs.

Заглушка состоит из ввариваемой в оболочку части 1, токоподводящей поверхности 2, которая одновременно для варианта фиг.1 является также и поверхностью для подвода сварочного усилия и имеет коническую или иную обтекаемую форму. Для варианта фиг.2 эти поверхности разделены. Поверхность для подвода сварочного тока в этом варианте конструкции 2 параллельна оси заглушки, а поверхность для подвода сварочного усилия 3 имеет коническую или другую обтекаемую форму. Угол сопряжения этих поверхностей выбирается в зависимости от требований к твэлу и реакторной установки в целом. Например, для реактора типа ВВЭР-1000 этот угол составляет около 140 градусов. Между ввариваемой частью 1 заглушки и токоподводящей поверхностью 2 находится кольцевая проточка 4, торцевая поверхность которой 5 пересекается с ввариваемой частью заглушки 1. Максимальный диаметр заглушки, по крайней мере, не меньше диаметра оболочки твэла 6, а диаметр кольцевой проточки меньше этого диаметра. Минимальная величина разницы этих диаметров не меньше величины несоосности заглушки и оболочки твэла. Ширина кольцевой проточки обычно равна или несколько меньше величины заглубления торца оболочки перед сваркой в сварочной оснастке 7 (фиг.3).The plug consists of a part 1 being welded into the shell, a current supply surface 2, which at the same time for the embodiment of FIG. 1 is also a surface for supplying a welding force and has a conical or other streamlined shape. For the variant of figure 2, these surfaces are separated. The surface for supplying welding current in this embodiment 2 is parallel to the axis of the plug, and the surface for supplying welding force 3 has a conical or other streamlined shape. The angle of contact of these surfaces is selected depending on the requirements for the fuel rod and the reactor installation as a whole. For example, for a VVER-1000 type reactor, this angle is about 140 degrees. An annular groove 4 is located between the welded part 1 of the plug and the current-conducting surface 2, the end surface of which 5 intersects with the welded part of the plug 1. The maximum diameter of the plug is at least at least the diameter of the cladding of the fuel rod 6, and the diameter of the annular groove is less than this diameter. The minimum difference in these diameters is not less than the misalignment of the plug and the cladding of a fuel element. The width of the annular groove is usually equal to or slightly less than the depth of the shell end before welding in the welding tool 7 (Fig.3).

Заглушка работает следующим образом. Перед сваркой заглушка помещается в цанговое электродное устройство сварочной машины (не показано), при этом ввариваемая ее часть 1 находится снаружи этого устройства. Для токоподвода к заглушке и ее центрирования в зависимости от исполнения перед сваркой используется поверхность 2, совпадающая для варианта фиг.1 с поверхностью для подвода сварочного усилия заглушки, а для передачи сварочного усилия - коническая поверхность 3, которые при сборке твэла в ТВС исключают также утыкание твэла в дистанционирующие решетки ТВС и их повреждение, а при работе в реакторе закрывают сварной шов 8 и грат 9 от прямого воздействия теплоносителя, уменьшая гидравлическое сопротивление потоку.The stub works as follows. Before welding, the plug is placed in the collet electrode device of the welding machine (not shown), while its welded part 1 is located outside this device. For current supply to the plug and its centering, depending on the design, before welding the surface 2 is used, which coincides for the variant of Fig. 1 with the surface for supplying the welding force of the plug, and for transmitting the welding force, the conical surface 3, which also eliminates sticking when assembling a fuel rod in a fuel assembly fuel rods into the spacer grids of the fuel assemblies and their damage, and when working in the reactor, close the weld 8 and beads 9 from direct exposure to the coolant, reducing hydraulic resistance to flow.

Claims

1. The plug of the fuel element of a nuclear reactor, containing a section welded with a deepening into the shell, with a diameter smaller than the outer diameter of the shell, but larger than its inner diameter, and a tip having a surface for supplying welding current and force, characterized in that the diameter of the end cap, at least not less than the diameter of the cladding of the fuel rod, and between the welded area and the surface for supplying welding current there is an annular groove, the end surface of which intersects with the surface of the welded of the first section, and the value of its diameter is between the diametrical sizes of the neighboring sections of the stub.

2. The plug of the fuel element of a nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the surfaces for supplying welding current and welding force are separated, while the surface for supplying welding current is parallel to the axis of the plug and is located between the annular groove and the surface for supplying welding force.

3. The plug according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the annular groove of the plug is 0.3-1.5 mm.