RU2293378C1 - Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly - Google Patents
Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293378C1 RU2293378C1 RU2005121674/06A RU2005121674A RU2293378C1 RU 2293378 C1 RU2293378 C1 RU 2293378C1 RU 2005121674/06 A RU2005121674/06 A RU 2005121674/06A RU 2005121674 A RU2005121674 A RU 2005121674A RU 2293378 C1 RU2293378 C1 RU 2293378C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sections
- spring element
- supporting sections
- spacer grid
- fuel
- Prior art date
Links
Images
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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к дистанционирующим решеткам, используемым в атомной энергетике в качестве одного из элементов тепловыделяющей сборки ядерного реактора.The invention relates to spacer grids used in nuclear energy as one of the elements of a fuel assembly of a nuclear reactor.
В процессе эксплуатации ядерного реактора тепловыделяющие элементы (твэлы) и тепловыделяющие сборки (ТВС) должны располагаться в строго определенном положении относительно друг друга. Одним из конструктивных элементов, с помощью которого достигается выполнение этого требования, является дистанционирующая решетка.During operation of a nuclear reactor, fuel elements (fuel elements) and fuel assemblies (fuel assemblies) must be located in a strictly defined position relative to each other. One of the structural elements by which this requirement is achieved is a spacer grid.
Решетки с заданным шагом располагаются по длине ТВС и совместно с направляющими каналами обеспечивают ее форму и геометрию в течение всего цикла работы. Дистанционирующие решетки не должны препятствовать изменению геометрии твэлов в связи с воздействием на них температурных и радиационных факторов, в то же время исключать вибрацию твэла и иметь низкий коэффициент поглощения нейтронов для повышения эффективности использования топлива. Кроме этого, дистанционирующие решетки являются частью каркаса тепловыделяющей сборки и во многом определяют жесткость ее конструкции.Lattices with a given pitch are located along the length of the fuel assembly and together with the guide channels provide its shape and geometry throughout the entire operation cycle. Remote gratings should not prevent the geometry of the fuel elements from changing due to the influence of temperature and radiation factors, at the same time, exclude the vibration of the fuel element and have a low neutron absorption coefficient to increase fuel efficiency. In addition, spacer grids are part of the frame of the fuel assembly and largely determine the rigidity of its structure.
Из уровня техники известна дистанционирующая решетка (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.44), которая имеет шестигранную форму и состоит из ячеек двух типов и обода, окружающего ее по периметру. Один тип ячеек выполнен в виде пятигранника, другой - шестигранника. Каждая ячейка снабжена внутренними выступами, между которыми устанавливаются твэлы. Все ячейки установлены так, что прилегают своими гранями к граням соседних ячеек или к ободу. Каждая пара прилегающих граней ячеек соединена между собой двумя сварными точками. Аналогичным образом соединены обод и грани ячеек, прилегающих к нему. Обод изготовлен из ленты, концы которой соединены сваркой. В качестве заготовок для ячеек использованы отрезки труб. В ТВС дистанционирующая решетка закрепляется на трубчатых каналах, в которых размещают стержни управления и защиты ядерного реактора. Для прохода этих каналов она снабжена отверстиями. Каждое такое отверстие выполнено путем пропуска в нужном месте одной шестигранной ячейки.A spacer grid is known from the prior art (see B. Dementiev, Nuclear Power Reactors. Textbook for High Schools, 2nd ed., Revised and enlarged M: Energoatomizdat, 1990, p. 44), which has a hexagonal shape and consists of two types of cells and a rim surrounding it around the perimeter. One type of cell is made in the form of a pentahedron, the other - a hexagon. Each cell is equipped with internal protrusions, between which fuel rods are installed. All cells are installed so that they fit with their faces to the faces of adjacent cells or to the rim. Each pair of adjacent cell faces is interconnected by two welded points. The rim and the faces of the cells adjacent to it are connected in a similar way. The rim is made of tape, the ends of which are connected by welding. Pieces of pipes were used as blanks for the cells. In a fuel assembly, the spacer grid is fixed to the tubular channels in which the control and protection rods of the nuclear reactor are placed. For the passage of these channels, it is equipped with holes. Each such hole is made by skipping in the right place one hexagonal cell.
Решетка достаточно технологична, имеет низкий коэффициент захвата нейтронов, но не обладает требуемой жесткостью, что способствует искривлению ТВС относительно продольной оси при длительной работе в реакторе.The lattice is quite technologically advanced, has a low neutron capture coefficient, but does not have the required rigidity, which contributes to the curvature of the fuel assembly relative to the longitudinal axis during prolonged operation in the reactor.
Известна также дистанционирующая решетка, состоящая из пересекающихся рядов параллельных пластин, соединенных в местах пересечения неразъемными соединениями хотя бы по торцам, и выштампованных на этих пластинах пружинных элементов, предназначенных для фиксирования твэлов в соответствующих ячейках (см. US 6707872, Yoon et al., G 21 C 3/34, опубл. 16.03.2004).A spacer grid is also known, consisting of intersecting rows of parallel plates connected at the intersection of one-piece joints at least at the ends, and spring elements stamped on these plates to fix the fuel rods in the corresponding cells (see US 6707872, Yoon et al., G 21 C 3/34, published March 16, 2004).
Наличие отверстий в пластинах, образовавшихся при штамповке опорных и пружинных элементов, уменьшает жесткость конструкции. Недостатком известной решетки является также необходимость одновременного совмещения требований по прочностным и упругим свойствам для одних и тех же элементов решетки. В результате не удается обеспечить весь необходимый комплекс свойств решетки.The presence of holes in the plates formed during the stamping of support and spring elements reduces the rigidity of the structure. A disadvantage of the known lattice is the need to simultaneously combine the requirements for strength and elastic properties for the same lattice elements. As a result, it is not possible to provide all the necessary complex of lattice properties.
Известна дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, полученные пересечением рядов параллельных пластин, соединенных в местах пересечения неразъемными соединениями хотя бы по торцам, и закрепленных на этих пластинах пружинных элементов (см. US 6888911, Stabel-Weinheimer et al., G 21 C 3/336, опубл. 03.05.2005).Known spacer grid containing cells obtained by intersecting rows of parallel plates connected at the intersection of one-piece joints at least at the ends, and spring elements fixed to these plates (see US 6888911, Stabel-Weinheimer et al., G 21 C 3/336 , publ. 03.05.2005).
Решетка сложна в изготовлении в части установки фиксирования и закрепления в каждой ячейке пружинных элементов, кроме этого повышается вероятность разрушения некоторых из них и попадание в поток теплоносителя, что приводит к повреждению твэлов и преждевременной выгрузке ТВС. Для варианта с одним пружинным элементом не всегда обеспечиваются требуемые условия фиксации твэла, что способствует возникновению фреттинг коррозии твэлов и фиксирующих твэл поверхностей решетки.The lattice is difficult to manufacture in terms of the installation of fixing and securing spring elements in each cell, in addition, the probability of destruction of some of them and getting into the coolant stream increases, which leads to damage to fuel rods and premature unloading of fuel assemblies. For the variant with one spring element, the required conditions for the fixation of the fuel rod are not always provided, which contributes to the occurrence of fretting corrosion of the fuel elements and the fixing surfaces of the fuel element of the grid.
Наиболее близким аналогом заявленной решетки является дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, известная из US 3904475, Tashima, G 21 C 3/30, опубл. 09.09.1975. Известная решетка составлена из рядов параллельных пластин, пересекающихся с образованием ячеек для размещения твэлов, указанные пластины соединены в местах пересечения неразъемными соединениями хотя бы по торцам, при этом решетка также содержит пружинные элементы, представляющие собой отрезки трубчатых оболочек с профилированными поверхностями, имеющими опорные участки. При этом пружинные элементы, закрепленные на указанных пластинах, предназначены для фиксирования твэлов, по меньшей мере, вне крайних рядов ячеек решетки. Таким образом, в рассматриваемой конструкции функции обеспечения жесткости и фиксирования твэлов разделены между ячейками, сформированными в результате пересечений параллельных пластин, и пружинными элементами, представляющими собой отрезки в виде трубчатых оболочек с профилированными поверхностями, имеющими опорные участки.The closest analogue of the claimed lattice is a spacer lattice of a fuel assembly of a nuclear reactor, known from US 3904475, Tashima, G 21 C 3/30, publ. 09/09/1975. The known lattice is composed of rows of parallel plates intersecting with the formation of cells for the placement of fuel rods, these plates are connected at the intersection of one-piece joints at least at the ends, while the lattice also contains spring elements representing segments of tubular shells with profiled surfaces having supporting sections. In this case, the spring elements mounted on these plates are designed to fix the fuel rods, at least outside the extreme rows of grid cells. Thus, in the design under consideration, the stiffness and fixing functions of the fuel rods are divided between cells formed as a result of intersections of parallel plates and spring elements, which are segments in the form of tubular shells with profiled surfaces having supporting sections.
Недостатком известного решения является то, что расположение пружинных элементов по центру пересечений пластин, образующих ячейки, а также наличие в конструкции ТВС направляющих каналов предопределяют необходимость в обязательном порядке использовать в ячейках крайних рядов решетки и в ячейках, соседних с направляющими каналами, пружинные элементы принципиально другой конструкции, что наряду со сложностями сборки пружинных элементов с пластинами делает данную решетку мало привлекательной в технологическом плане. Кроме того, условия фиксирования твэлов в ячейках крайних рядов решетки, а также в ячейках, соседних с ячейками, предназначенными для направляющих каналов, по сравнению с ячейками остального поля решетки, различны. Это приводит к неравномерному нагружению твэлов под воздействием на них температурных и радиационных факторов, что способствует деформации ТВС.A disadvantage of the known solution is that the location of the spring elements in the center of intersection of the plates forming the cells, as well as the presence of guide channels in the design of the fuel assembly make it necessary to use spring elements in the cells of the outermost rows of the grating and in the cells adjacent to the guide channels design, which, along with the difficulties of assembling spring elements with plates, makes this lattice less attractive in terms of technology. In addition, the conditions for fixing the fuel rods in the cells of the extreme rows of the lattice, as well as in the cells adjacent to the cells intended for the guide channels, are different in comparison with the cells of the rest of the field of the lattice. This leads to uneven loading of the fuel elements under the influence of temperature and radiation factors, which contributes to the deformation of the fuel assemblies.
Также, расположение пружинных элементов по центру пересечения пластин предопределяет их закрепление за счет нарушения целостности пластин, образующих ячейки. Все это усложняет конструкцию решетки, технологию ее изготовления и снижает прочностные характеристики конструкции.Also, the location of the spring elements in the center of the intersection of the plates determines their fastening due to the violation of the integrity of the plates forming the cell. All this complicates the design of the lattice, the technology of its manufacture and reduces the strength characteristics of the structure.
Помимо этого, известная решетка не универсальна, так как пригодна только для технологий, при которых твэлы перемещаются через решетки при сборке ТВС методом затаскивания. Если сборка ТВС выполняется путем проталкивания твэла, когда перемещающийся первый его конец незаневолен и имеет возможность отклоняться от оси, не исключается упирание торца твэла в торец пружинного элемента, что нарушает условия сборки и может привести к повреждению как твэла. так и пружинного элемента. Конструкция пружинного элемента маловариантна, что делает невозможным использование ее для различных типов ТВС и не обеспечивает необходимые требования по фиксации твэла в ячейке, что способствует повышенному износу контактирующих поверхностей пружинного элемента и твэла.In addition, the well-known lattice is not universal, since it is suitable only for technologies in which fuel rods are moved through the lattices when assembling fuel assemblies by drag. If the assembly of a fuel assembly is carried out by pushing the fuel rod when its moving first end is not uncontrolled and has the ability to deviate from the axis, the butt end of the fuel element does not exclude the end of the spring element, which violates the assembly conditions and can lead to damage as a fuel rod. so the spring element. The design of the spring element is unvariant, which makes it impossible to use it for various types of fuel assemblies and does not provide the necessary requirements for fixing the fuel element in the cell, which contributes to increased wear of the contacting surfaces of the spring element and the fuel element.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение жесткости дистанционирующей решетки, надежности фиксации твэла, технологичности ее изготовления и универсальности конструкции.The technical problem to which the invention is directed is to increase the rigidity of the spacer grid, the reliability of the fixation of the fuel rod, the manufacturability of its manufacture and the universality of the design.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в дистанционирующей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, составленной из рядов параллельных пластин, пересекающихся с образованием ячеек, причем указанные пластины соединены в местах пересечения неразъемными соединениями хотя бы по торцам, и содержащей также пружинные элементы, представляющие собой отрезки трубчатых оболочек с профилированными поверхностями, имеющими опорные участки, согласно изобретению пружинные элементы установлены и закреплены непосредственно в ячейках, предназначенных для размещения твэлов, при этом опорные участки каждого пружинного элемента включают в себя первые опорные участки, выступающие к оси пружинного элемента для фиксации твэла в ячейке, а также вторые опорные участки, выступающие к стенкам ячейки, причем по крайней мере один из вторых участков касается соответствующей стенки ячейки.The solution to this problem is achieved by the fact that in the spacer grid of a fuel assembly of a nuclear reactor composed of rows of parallel plates intersecting with the formation of cells, these plates being connected at the intersection by permanent connections at least at the ends, and also containing spring elements representing tubular segments shells with profiled surfaces having supporting sections, according to the invention, spring elements are mounted and fixed directly in the cell the frames designed to accommodate the fuel rods, while the supporting sections of each spring element include the first supporting sections protruding to the axis of the spring element for fixing the fuel rod in the cell, as well as the second supporting sections protruding to the cell walls, at least one of the second sections touches the corresponding cell wall.
В частном случае осуществления изобретения пружинный элемент может быть закреплен в ячейке за счет неразъемного соединения по крайней мере одного опорного участка, касающегося стенки ячейки, с этой стенкой.In the particular case of the invention, the spring element can be fixed in the cell due to the permanent connection of at least one supporting portion touching the cell wall with this wall.
В другом частном случае могут быть неразъемно соединены между собой вторые опорные участки соседних пружинных элементов, между которыми находится общая для них стенка ячейки.In another particular case, the second supporting sections of adjacent spring elements, between which there is a common cell wall for them, can be permanently connected to each other.
Предпочтительно, геометрическое место наиболее близких к оси пружинного элемента точек каждого из первых опорных участков представляет собой по существу одну точку либо отрезок прямой, либо участок плоскости, причем указанный отрезок либо соответственно участок плоскости при этом параллельны оси пружинного элемента.Preferably, the geometrical location of the points closest to the axis of the spring element of each of the first support portions is essentially one point, either a straight line segment or a plane section, said segment or correspondingly plane section being parallel to the axis of the spring element.
Предпочтительно, по крайней мере, со стороны одного торца пружинного элемента, первые и вторые опорные участки имеют заходную часть в виде зомана или скоса, обращенного, соответственно, вовнутрь пружинного элемента или вовне его.Preferably, at least from the side of one end of the spring element, the first and second supporting sections have an inlet in the form of a soman or bevel facing, respectively, inward or outward of the spring element.
В частном случае высота вторых опорных участков больше высоты первых опорных участков, по крайней мере, на величину неразъемного соединения между стенкой ячейки и вторым опорным участком, касающимся этой стенки.In the particular case, the height of the second supporting sections is greater than the height of the first supporting sections, at least by the amount of one-piece connection between the cell wall and the second supporting section touching this wall.
Еще в одном частном случае между опорными участками могут быть выполнены просечки. При этом первые опорные участки могут быть расположены по высоте пружинного элемента между вторыми опорными участками с выполнением просечек между указанными первыми и вторыми участками.In yet another particular case, notches can be made between the supporting sections. In this case, the first supporting sections can be located along the height of the spring element between the second supporting sections with the implementation of grooves between the specified first and second sections.
Представленная совокупность признаков обеспечивает решение поставленных задач, так как:The presented set of features provides a solution to the tasks, because:
- размещение непосредственно в каждой ячейке, предназначенной для фиксации твэла, по крайней мере, одного пружинного элемента в виде трубчатого отрезка с профилированной поверхностью позволят отказаться от нарушения целостности пластин, образующих эти ячейки, что повышает жесткость дистанционирующей решетки. Упрощается конструкция решетки, повышается ее технологичность, из-за применения однотипных пружинных элементов во всех ячейках для размещения твэлов, в результате облегчается автоматизация процесса установки и закрепления пружинных элементов в ячейках, которая реализуется за счет использования робототехнических устройств и контактной точечной сварки;- placement directly in each cell, designed to fix a fuel rod, at least one spring element in the form of a tubular section with a profiled surface will allow to abandon the integrity of the plates forming these cells, which increases the rigidity of the spacer grid. The design of the lattice is simplified, its manufacturability is increased, due to the use of the same type of spring elements in all cells for placing fuel rods, as a result, automation of the installation and fixing of spring elements in cells, which is realized through the use of robotic devices and contact spot welding, is facilitated;
- наличие у пружинного элемента первых опорных участков, выступающих к его оси для фиксации твэла в ячейке, и определяющих таким образом габариты отверстия для фиксации твэла, исключает недопустимое взаимодействие контактирующих поверхностей пружинного элемента и твэла с возникновением их фреттинг износа в условиях работы реактора. Посредством второй части опорных участков, выдающихся (направленных) к пластинам, образующим стенки ячейки, при том, что, по крайней мере, один из этих вторых участков касается соответствующей стенки ячейки, обеспечивается закрепление пружинного элемента в ячейке без нарушения целостности пластин, чем достигается требуемая жесткость решетки. В то же время количество вторых опорных участков, неразъемно соединенных с соответствующими стенками ячеек или со вторыми опорными участками пружинных элементов из соседних ячеек, влияет на условия закрепления твэла в ячейке и позволяет регулировать упругие свойства пружинного элемента, повышая тем самым универсальность конструкции;- the presence of the first element of the spring element protruding to its axis for fixing the fuel element in the cell, and thus determining the dimensions of the hole for fixing the fuel element, eliminates the unacceptable interaction of the contacting surfaces of the spring element and the fuel element with the occurrence of their fretting wear under the conditions of the reactor. By means of the second part of the supporting sections extending (directed) to the plates forming the cell walls, while at least one of these second sections touches the corresponding cell wall, the spring element is secured in the cell without violating the integrity of the plates, thereby achieving the desired lattice stiffness. At the same time, the number of second supporting sections, one-piece connected to the corresponding walls of the cells or to the second supporting sections of the spring elements from neighboring cells, affects the conditions for fixing the fuel rod in the cell and allows you to adjust the elastic properties of the spring element, thereby increasing the universality of the design;
- выполнение условия, при котором геометрическое место наиболее близких к оси пружинного элемента точек каждого из первых опорных участков представляет собой по существу одну точку либо отрезок прямой, либо участок плоскости, причем указанный отрезок либо соответственно участок плоскости, при этом параллельны оси пружинного элемента, обеспечивает различные условия контакта твэла и опорной поверхности от точки до плоскости в зависимости от требований, предъявляемых к фиксации твэла. Так, например, в том случае, если указанное геометрическое место точек представляет собой участок плоскости, обеспечивается минимальное значение удельного давления пружинной опоры на поверхность оболочки твэла, что является определяющим для одних условий работы решеток в составе ТВС, и может быть не оптимально для других условий, когда наиболее целесообразно иметь более жесткую опору с криволинейной поверхностью, при которой геометрическое место точек представляет собой по существу одну точку или отрезок прямой. На это направлены и варианты с отделением опорных участков пружинного элемента друг от друга просечками, в том числе и когда первые опорные участки расположены по высоте пружинного элемента между вторыми опорными участками. Наличие таких просечек повышает стабильность прижатия друг к другу опорных участков, соединяемых неразъемными соединениями, что особенно важно для условий получения трехслойного неразъемного соединения и позволяет выполнять установку пружинных элементов с некоторым зазором, что расширяет поле допуска на диаметральный размер пружинного элемента по вершинам опорных участков, выступающих (направленных) к его стенке, и повышает технологичность конструкции;- the fulfillment of the condition under which the geometrical location of the points closest to the axis of the spring element of each of the first support sections is essentially one point or a straight line segment or a plane section, and this segment or a corresponding plane section, while parallel to the axis of the spring element, provides different contact conditions of the fuel rod and the supporting surface from point to plane, depending on the requirements for fixing the fuel rod. So, for example, if the indicated geometrical location of the points is a portion of the plane, the minimum value of the specific pressure of the spring support on the surface of the fuel cladding is ensured, which is crucial for some operating conditions of the grids in the fuel assembly, and may not be optimal for other conditions when it is most expedient to have a stiffer support with a curved surface, in which the geometric place of the points is essentially one point or a straight line segment. The variants with separation of the supporting sections of the spring element from each other by grooves are also aimed at this, including when the first supporting sections are located along the height of the spring element between the second supporting sections. The presence of such slots increases the stability of pressing the support sections connected by one-piece joints to each other, which is especially important for the conditions of obtaining a three-layer one-piece connection and allows the installation of spring elements with a certain gap, which extends the tolerance field by the diametrical size of the spring element along the vertices of the support sections protruding (directed) to its wall, and increases the manufacturability of the structure;
- наличие заходной части в виде зомана или скоса, по крайней мере, со стороны одного торца пружинного элемента на первых и вторых опорных участках позволяют облегчить установку пружинных элементов в ячейки, и организовать беспрепятственное перемещение твэла через решетки независимо от применяемой технологической схемы их сборки в ТВС, что повышает технологичность конструкции;- the presence of the lead-in in the form of a soman or bevel, at least from the side of one end of the spring element in the first and second supporting sections, make it easier to install spring elements in the cells, and organize the unimpeded movement of the fuel rod through the lattice, regardless of the technological scheme for assembling them in the fuel assembly that increases the manufacturability of the design;
- при высоте вторых опорных участков большей, чем высота первых опорных участков пружинного элемента, по крайней мере, на величину (высоту) неразъемного соединения между вторым опорным участком и стенкой ячейки, которой он касается, облегчается выполнение этих соединений, что позволяет использовать предлагаемую конструкцию решеток с достаточно малыми размерами ячеек и при ограниченном свободном пространстве внутри пружинного элемента в широком диапазоне используемых диаметров твэлов;- when the height of the second supporting sections is greater than the height of the first supporting sections of the spring element, at least by the size (height) of the integral connection between the second supporting section and the cell wall to which it touches, these connections are facilitated, which makes it possible to use the proposed lattice design with sufficiently small cell sizes and with limited free space inside the spring element in a wide range of fuel rod diameters used;
- наличие неразъемного соединения между вторыми опорными участками соседних пружинных элементов, между которыми находится общая для них стенка ячейки, упрощает выполнение этих соединений и соответственно повышает технологичность конструкции. Кроме этого, при такой конструкции решетки условия фиксирования твэлов во всех ячейках получаются одинаковыми. В результате выравниваются термомеханические нагрузки на решетку, на оболочку твэла и в целом на ТВС, уменьшается опасность возникновения повреждения как оболочек твэлов, так и пружинных элементов из-за их взаимодействия в процессе работы реактора.- the presence of an integral connection between the second supporting sections of adjacent spring elements between which there is a common cell wall for them, simplifies the implementation of these connections and, accordingly, increases the manufacturability of the design. In addition, with this design of the lattice, the conditions for fixing the fuel rods in all cells are the same. As a result, the thermomechanical loads on the grating, on the cladding of the fuel rod and on the fuel assembly as a whole are equalized, and the risk of damage to both the cladding of the fuel rods and spring elements due to their interaction during the operation of the reactor is reduced.
Изобретение более подробно поясняется далее на конкретных примерах его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично показаны:The invention is explained in more detail below with specific examples of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which are schematically shown:
на фиг.1 и 2 - фрагмент предлагаемой дистанционирующей решетки;figure 1 and 2 is a fragment of the proposed spacer grid;
на фиг.3-6 - варианты конструкции пружинных элементов;figure 3-6 - design options for spring elements;
на фиг.7-8 - варианты расположения пружинных элементов в решетке;7-8 - options for the location of the spring elements in the lattice;
на фиг.9 и 10 - схемы крепления пружинных элементов в ячейке;Figures 9 and 10 are diagrams of attachment of spring elements in a cell;
на фиг.11-13 - реализуемые формы поверхности опорных участков для фиксации твэла (первых опорных участков).11-13 - realizable surface shapes of the support sections for fixing a fuel rod (first support sections).
Предлагаемая решетка состоит из пересекающихся рядов 1, 2 параллельных пластин, образующих ячейки 3, и соединенных в местах пересечения между собой, по крайней мере, по торцам неразъемными соединениями 4. Сборка пересекающихся между собой пластин осуществляется за счет пазов, которые прорезаются в этих пластинах, например, на половину их ширины с заданным шагом. Торцами пластины входят также в пазы обода 5 (фиг.2), ограничивающего эти пластины по периметру, и соединяются с ним сварными швами 6. Для соединения торцов пластин с ободом применяются швы, выполненные сваркой плавлением, а замыкание обода обеспечивается либо сваркой плавлением, либо точечными швами, выполняемыми контактной сваркой.The proposed lattice consists of intersecting rows of 1, 2 parallel plates, forming cells 3, and connected at the intersection of each other, at least at the ends of the permanent connections 4. The assembly of intersecting plates is due to the grooves that cut through these plates, for example, half their width with a given step. The ends of the plate are also included in the grooves of the rim 5 (figure 2), bounding these plates around the perimeter, and are connected with it by welds 6. To connect the ends of the plates with the rim, the joints are used, made by fusion welding, and the closure of the rim is provided either by fusion welding, or spot welds made by resistance welding.
В каждой из ячеек 3, предназначенной для фиксирования твэлов 7 (см. фиг.1), установлен, по крайней мере, один пружинный элемент 8. Пружинный элемент 8 может изготавливаться из тонкостенной оболочки или плоского проката с последующим приданием ему объемной трубчатой формы. Боковая поверхность пружинного элемента 8 профилирована механической обработкой, в результате чего на ней по периметру элемента образованы опорные участки. Вершины первых опорных участков 9 направлены (выступают) в сторону оси пружинного элемента и образуют отверстие для размещения твэла 7 (определяют габариты этого отверстия), а вершины вторых опорных участков 10 направлены (выступают) в сторону стенок соответствующей ячейки 3 (см. фиг.3-6). При этом в рамках настоящего изобретения возможны различные конкретные формы выполнения опорных участков 9 и 10. Например, как показано на фиг.3, пружинный элемент 8 может выполняться в виде части цилиндрической поверхности, направляющая которой включает в себя по существу параболические участки, определяющие первые опорные участки 9 этой поверхности, направленные к центральной оси пружинного элемента 8, а также сопряженные с ними по существу прямолинейные участки, определяющие вторые опорные участки 10, направленные (выступающие) к стенкам ячейки 3. Аналогичные формы выполнения пружинного элемента 8 показаны также на фиг.4 и 5 за исключением того, что в этих случаях первые опорные участки 9 имеют вырезы 13 или проточки 14, назначение которых будет показано ниже.In each of the cells 3, designed to fix the fuel rods 7 (see figure 1), at least one
Еще одна возможная форма выполнения пружинного элемента показана на фиг.6. В этом случае вторые опорные участки 10 (всего их выполняется два - по одному сверху и снизу) выполнены в виде одинаковых частей цилиндрической поверхности, направляющая которой содержит по существу плоские участки, определяющие контактирующие со стенками ячейки 3 части вторых опорных участков 10, и сопряженные с ними дугообразные участки. При этом совокупность первых опорных участков 9 представляет собой по существу многогранник, сопряженный со вторыми опорными участками 10 посредством конических переходных поверхностей, большее основание каждой из которых является линией сопряжения этой переходной поверхности со вторым опорным участком 10. Возможны также и другие частные случаи выполнения опорных участков 9 и 10, в частности, выполнение первых опорных участков 9 в виде частей сферической поверхности (как показано на фиг.11).Another possible form of execution of the spring element is shown in Fig.6. In this case, the second supporting sections 10 (there are two in total - one from the top and the bottom) are made in the form of identical parts of a cylindrical surface, the guide of which contains essentially flat sections defining the parts of the second supporting
Далее, по крайней мере, один из вторых опорных участков 10 пружинного элемента 8 соприкасается со стенкой ячейки 3 и образует с ней неразъемное соединение, выполненное, например, контактно-точечной сваркой, с простановкой сварных точек 11, (см. фиг.7, 8), как правило, ближе к краям поверхности опорного участка 10. Сварное соединение может иметь одно общее литое ядро, при расположении его в основном в стенке ячейки 3, или два отдельных ядра, как показано на фиг.9. Конкретная геометрия сварного соединения определяются исходя из толщин свариваемых материалов и особенностей их сварочно-технологических свойств. Если высота пружинного элемента 8 превышает высоту ячеек 3, то неразъемное соединение может выполняться между вторыми опорными участками 10 соседних пружинных элементов 8, прилегающими к одной общей стенке соседних ячеек 3. При этом стенка ячейки 3 располагается между наружными поверхностями опорных участков 10 соседних пружинных элементов 8, соединенных по торцам между собой неразъемными соединениями 12, как показано на фиг.10. Таким образом, пружинный элемент 8 закрепляется в ячейке 3 на стенке решетки. Аналогичное соединение может быть выполнено и на уровне высоты ячейки 3, если в ее стенке будут выполнено отверстие (не показано), однако это усложняет конструкцию решетки, снижает ее жесткость.Further, at least one of the second supporting
В зависимости от требований, предъявляемых к ТВС, условий эксплуатации, а также масштабных факторов конструкция решетки может иметь различные исполнения, определяемые количеством, расположением пружинных элементов 8 по высоте решетки и исполнением самих пружинных элементов. Так количество пружинных элементов 8 может быть увеличено, например, до двух с расположением их по краям ячеек 3 в торец друг другу, как показано на фиг.7. Они могут также устанавливаться со смещением относительно друг друга в соседних ячейках 3, например, для упрощения технологии сварки (см. фиг.8). Конкретная форма пружинного элемента 8, и в частности его опорных участков 9, контактирующих с твэлом 7, которая может представлять собой плоскость, линию или точку (см. фиг.11-13), выбирается исходя из условий работы и используемых материалов. Так при необходимости иметь минимальные усилия взаимодействия поверхности опорного участка 9 с оболочкой твэла 7, наиболее оптимальной поверхностью контакта является плоскость (фиг.12), которая в условиях реального взаимодействия с твэлом 7 может деформироваться в пределах допустимой упругой деформации.Depending on the requirements for FAs, operating conditions, as well as scale factors, the design of the lattice can have various designs, determined by the number, location of the
Для случаев, когда указанная выше зависимость должна быть выражена более явно, а также, если требуется компенсация неточностей изготовления комплектующих решетки, их сборки, связанных, например, с непараллельностью их осей оси твэла 7, поверхность первого опорного участка 9 выполняется радиусной формы (выпуклой в сторону оси пружинного элемента 8) (см. фиг.11, 13).For cases where the above dependence should be expressed more explicitly, and also, if compensation for inaccuracies in the manufacture of the components of the lattice and their assembly, for example, due to the fact that their axes are not parallel to the axis of the
Исходя из условий экономичности конструкции и обеспечения оптимальных характеристик по гидравлическому сопротивлению, высота пружинного элемента 8 должна быть минимальной, но в тоже время она должна быть достаточной для получения требуемого усилия фиксации твэла 7 в решетке. Эти условия, как правило, обеспечиваются при высоте пружинного элемента 8 меньше высоты ячейки 3. Однако в некоторых случаях, например, когда возникают технологические трудности с выполнением качественных сварных соединений пружинного элемента 8 с пластинами, из-за малого диаметра ячейки 3, высота пружинного элемента 8 может увеличиваться вплоть до высоты ячейки 3. При этом для сохранения требуемого усилия поджатия первый опорный участок 9 со стороны торцов имеет вырез 13 (фиг.4), или просечки 14 (фиг.5). Со стороны торцов первые и вторые опорные участки 9 и 10 пружинного элемента 8 могут иметь зоманы 15 или скосы 16 (см. фиг.3), которые выполняют роль направляющих при установке пружинных элементов 8 в ячейки 3 решетки и облегчают перемещение твэлов 7 в ячейках 3. Величина скоса 16 в осевом направлении зависит от точности изготовления ячеек 3, жесткости торца, наличия фаски на гранях пластин (не показано). Величина зомана 15 не должна препятствовать выполнению сварных швов и оказывать видимое влияние на гидравлическое сопротивление решетки. Просечки 14, если возникает в них необходимость, находятся в местах сопряжения первых и вторых опорных участков 9 и 10 пружинного элемента 8, по крайней мере, через одно такое сопряжение. Протяженность просечек 14 - до уровня расположения неразъемного соединения пружинного элемента 8 со стенкой ячейки 3. В ячейках 3, предназначенных для размещения каналов 17 (фиг.1), пружинные элементы 8 не устанавливаются. Соединение решетки с направляющими каналами 17 осуществляется контактной точечной сваркой непосредственно друг с другом, для чего на торцах пластин в местах образования ячеек 3 под каналы оставляют лепестки (не показано). Дистанционирующая решетка выполняется из материалов с малым коэффициентом захвата нейтронов, например из сплавов циркония. Кроме этого, пластины с одной стороны своих торцов могут иметь дефлекторы для перемешивания потока теплоносителя (не показаны).Based on the conditions of economic design and ensuring optimal characteristics of hydraulic resistance, the height of the
Дистанционирующая решетка работает следующим образом.The spacer grid operates as follows.
В ячейках 3, образованных параллельными пластинами пересекающихся рядов 1 и 2, соединенных между собой и ободом 5 неразъемными соединениями 4, 6, выполненными сваркой плавлением, например, лазерной или электронно-лучевой, и содержащих пружинные элементы 8, устанавливаются твэлы 7. В процессе перемещения твэлов 7 через ячейки 3 решеток, формирующих каркас ТВС, они по ходу движения своей торцевой частью входят в отверстие, образованное (определяемое) первыми опорными участками 9 пружинного элемента 8 в центральной области ячейки, упруго деформируя контактирующую с твэлом 7 поверхность опорного участка 9. Беспрепятственному перемещению твэла 7 способствует заходная часть в виде зомана 15 или скоса 16, имеющаяся на торцах первых опорных участков 9 пружинного элемента 8. При этом создается определенное усилие, фиксирующее твэл 7 в заданном положении. Величина этого усилия в основном зависит от конструктивного выполнения пружинного элемента 8 и характеристик используемых материалов. Максимальное заневоливание твэла 7 обеспечивается при использовании пружинных элементов 8, форма поверхности первых опорных участков 9 которых близка к сферической (фиг.11), и контактирующих по поверхности вторых опорных участков 10 со стенками ячеек 3, в которые они установлены с натягом, и соединенных с ними неразъемными соединениями, а также за счет увеличения длины пружинного элемента 8, количества этих элементов 8 в ячейке 3 и применения материалов повышенной жесткости.In cells 3, formed by parallel plates of intersecting
Минимальное взаимодействие твэла 7 с пружинным элементом 8 достигается за счет уменьшения его жесткости путем использования поверхности первого опорного участка 9 пружинного элемента 8, контактирующей с твэлом 7, в виде участка плоскости, параллельной оси пружинного элемента 8 (см. фиг.12), уменьшения количества неразъемных соединений 11 вторых опорных участков 10 пружинных элементов 8 со стенками ячеек 3, и выполнением просечек 14 между опорными участками.The minimum interaction of the
Таким образом, при работе дистанционирующей решетки в реакторе основную механическую нагрузку, связанную с температурными и радиационными градиентами, воспринимают ее ячейки 3 вместе с направляющими каналами 17, проходящими через определенные ячейки 3 решеток, а требуемые условия фиксации твэла 7, как от недопустимых вибраций, так и от чрезмерного нагружения оболочки осевыми усилиями, обеспечивают пружинные элементы 8, установленные в этих ячейках. От осевого смещения решеток в процессе работы ТВС в реакторе предохраняют сварные соединения пластин, образующих ячейки 3, с направляющими каналами 17. В связи с тем, что пружинные элементы 8, установленные в ячейках 3 решетки, имеют одинаковую конструкцию, условия фиксирования твэлов 7 во всех ячейках 3 получаются близкими. В результате выравниваются термомеханические нагрузки на решетку, на оболочку твэла и в целом на ТВС, уменьшается опасность возникновения повреждения как оболочек твэлов, так и пружинных элементов из-за их взаимодействия в процессе работы реактора.Thus, when the spacer grid is operated in the reactor, the main mechanical load associated with temperature and radiation gradients is perceived by its cells 3 together with guide channels 17 passing through certain cells 3 of the gratings, and the required conditions for fixing the
В заключение следует заметить, что вышеприведенные примеры предназначены лишь для лучшего понимания сущности изобретения и ни в коей мере не ограничивают объем притязаний, полностью определяемый исключительно прилагаемой формулой изобретения.In conclusion, it should be noted that the above examples are intended only for a better understanding of the essence of the invention and in no way limit the scope of claims, fully determined solely by the attached claims.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005121674/06A RU2293378C1 (en) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005121674/06A RU2293378C1 (en) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2293378C1 true RU2293378C1 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005121674/06A RU2293378C1 (en) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2293378C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2557254C1 (en) * | 2014-03-14 | 2015-07-20 | Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" | Nuclear reactor fuel assembly spacer grid |
| CN109935370A (en) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | A kind of spacer grid of fuel assembly and fuel assembly with plug-in unit |
-
2005
- 2005-07-11 RU RU2005121674/06A patent/RU2293378C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2557254C1 (en) * | 2014-03-14 | 2015-07-20 | Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" | Nuclear reactor fuel assembly spacer grid |
| CN109935370A (en) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | A kind of spacer grid of fuel assembly and fuel assembly with plug-in unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7769125B2 (en) | Spacer grid for nuclear reactor fuel assemblies | |
| US5966419A (en) | Spacing grid of a fuel assembly for a nuclear reactor and fuel assembly | |
| US4933138A (en) | Spacer-grid for a fuel assembly of a light water nuclear reactor | |
| US4312705A (en) | Spacer for nuclear reactor fuel assemblies | |
| US6421407B1 (en) | Nuclear fuel spacer grid with dipper vanes | |
| US6707872B2 (en) | Spacer grid for nuclear reactor fuel assemblies with grid springs maintaining conformal contact with fuel rods and enlarged elastic range | |
| US6167105A (en) | Spacer grid with H-spring for fuel rods for use in nuclear reactor fuel assemblies | |
| US4059483A (en) | Nuclear fuel assembly seismic amplitude limiter | |
| JPH07287088A (en) | Fuel aggregate of nuclear reactor | |
| JPS6190086A (en) | Lattice structure of nuclear fuel aggregate | |
| US8855261B2 (en) | Spacer and a fuel unit for a nuclear plant | |
| EP1978528B1 (en) | Fuel assembly and and insertable interelement spacer | |
| KR910001978B1 (en) | Support grid with integral vanes | |
| US6385271B2 (en) | Nuclear fuel assembly | |
| JPH0310196A (en) | Fuel-element support grid | |
| RU2293378C1 (en) | Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly | |
| US7804931B2 (en) | Spacer and a fuel unit for a nuclear plant | |
| US7804930B2 (en) | Nuclear fuel assembly comprising a reinforcing mesh device and the use of one such device in a nuclear fuel assembly | |
| US4888152A (en) | Fuel assembly grid for light water reactor | |
| US8644446B2 (en) | Spacer grid with saddle-shaped supports and corresponding nuclear fuel assembly | |
| KR102465709B1 (en) | Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly | |
| EP1909293B1 (en) | Spacing grid | |
| RU2216056C2 (en) | Fuel assembly and core of water-cooled nuclear reactor | |
| RU2152086C1 (en) | Spacer grid | |
| US9171647B2 (en) | Spacer grid for nuclear fuel assembly for reducing flow-induced vibration |