RU2310930C2 - Nuclear reactor fuel element - Google Patents
Nuclear reactor fuel element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310930C2 RU2310930C2 RU2005119523/06A RU2005119523A RU2310930C2 RU 2310930 C2 RU2310930 C2 RU 2310930C2 RU 2005119523/06 A RU2005119523/06 A RU 2005119523/06A RU 2005119523 A RU2005119523 A RU 2005119523A RU 2310930 C2 RU2310930 C2 RU 2310930C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- plug
- fuel
- diameter
- welded
- 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
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции тепловыделяющих элементов ядерного энергетического реактора.The invention relates to nuclear engineering, in particular to the design of the fuel elements of a nuclear power reactor.
Известен тепловыделяющий элемент, содержащий трубчатую оболочку и вваренную в нее с заглублением заглушку (см. патент РФ №2127457, бюл. №7 1999 г.).A known fuel element containing a tubular shell and a plug welded into it with a recess (see RF patent No. 2127457, bull. No. 7 of 1999).
Тепловыделяющий элемент обеспечивает требуемые технические параметры, надежно работает в действующих ректорах типа ВВЭР, однако, из-за наличия сварных швов, выполненных различными видами сварки, не технологичен, имеет большую трудоемкость изготовления. Это также требует дополнительных производственных площадей, различных методов контроля. Уменьшается выход годной продукции из-за достаточно большой номенклатуры недопустимых дефектов, характерных для сварки плавлением.The fuel element provides the required technical parameters, works reliably in operating VVER-type reactors, however, due to the presence of welds made by various types of welding, it is not technologically advanced and has a great complexity of manufacturing. It also requires additional production facilities, various control methods. Reduced yield due to a sufficiently large range of unacceptable defects characteristic of fusion welding.
Недостатком является также то, что конструктивно переход от оболочки к заглушке, вваренной с заглублением сварного шва в оболочку, выполнен без посадки внутренней поверхности оболочки на вваренную часть заглушки, что приводит к возникновению в сварном соединении при его нагружении дополнительных напряжений.The disadvantage is that structurally, the transition from the shell to the plug welded with deepening the weld into the shell is made without the inner surface of the shell landing on the welded part of the plug, which leads to additional stresses in the welded joint when it is loaded.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является тепловыделяющий элемент по патенту РФ №2082574, В23К 11/02, G21С 3/00, бюл. №18, 1997 (прототип), содержащий оболочку, заполненную топливом, и вваренную в нее с заглублением заглушку, контактирующую с топливным столбом.The closest in technical essence and the achieved result is a fuel element according to the patent of the Russian Federation No. 2082574, V23K 11/02, G21C 3/00, bull. No. 18, 1997 (prototype), containing a shell filled with fuel, and a plug welded into it with a recess, in contact with the fuel column.
Недостатками данного тепловыделяющего элемента является сложность адаптации его к условиям уже работающих реакторов, что выражается в необходимости дополнительного использования, например, таблеток-имитаторов, расположенных в нижней части топливного столба, но выполненных не из делящегося материала и обеспечивающих лишь заданное положения нижнего уровня топлива в реакторе. Необходимость использования таких таблеток-имитаторов снижает технологичность конструкции и увеличивает затраты на ее изготовление.The disadvantages of this fuel element is the difficulty of adapting it to the conditions of already operating reactors, which is expressed in the need for additional use, for example, of simulator tablets located in the lower part of the fuel column, but not made of fissile material and providing only a predetermined position of the lower fuel level in the reactor . The need to use such tablet simulators reduces the manufacturability of the design and increases the cost of its manufacture.
Недостатком данного тепловыделяющего элемента является также повышенное гидравлическое сопротивление теплоносителю в реакторе из-за того, что вваренная в оболочку часть заглушки имеет диаметр, больше ее наружной части. В результате между наружной поверхностью оболочки тепловыделяющего элемента и наружной частью заглушки образуется ступенчатый переход, увеличивающий гидравлическое сопротивление тепловыделяющего элемента. Наличие резкого перехода от наружной части заглушки к оболочке приводит к возникновению турбулентных процессов в теплоносителе и повышенным вибрационным воздействиям теплоносителя на тепловыделяющий элемент. Такая конструкция затрудняет также сборку тепловыделяющих элементов в топливную кассету и приводит к повреждению дистанционирующих решеток ее каркаса. Этому же способствует расположение наружного грата на конце вваренной в оболочку части заглушки, полностью открытого навстречу потоку теплоносителя в реакторе.The disadvantage of this fuel element is also the increased hydraulic resistance to the coolant in the reactor due to the fact that the part of the plug welded into the shell has a diameter larger than its outer part. As a result, a stepped transition is formed between the outer surface of the shell of the fuel element and the outer part of the plug, which increases the hydraulic resistance of the fuel element. The presence of a sharp transition from the outer part of the plug to the shell leads to turbulent processes in the coolant and increased vibrational effects of the coolant on the fuel element. This design also complicates the assembly of fuel elements in the fuel cartridge and leads to damage to the spacing grids of its frame. This is also facilitated by the location of the external burr at the end of the part of the plug welded into the shell, which is completely open towards the flow of coolant in the reactor.
Недостатком является также то, что конструктивно переход от оболочки к заглушке, вваренной с заглублением сварного шва в оболочку, выполнен без посадки внутренней поверхности оболочки на вваренную часть заглушки, что приводит к возникновению в сварном соединении при его нагружении дополнительных напряжений.The disadvantage is that structurally, the transition from the shell to the plug welded with deepening the weld into the shell is made without the inner surface of the shell landing on the welded part of the plug, which leads to additional stresses in the welded joint when it is loaded.
Технической задачей изобретения является повышение технологичности конструкции тепловыделяющего элемента, уменьшение гидравлического сопротивления тепловыделяющего элемента потоку теплоносителя в реакторе, повышение конструкционной прочности сварного узла, контактирующего с топливным столбом.An object of the invention is to increase the manufacturability of the design of the fuel element, reducing the hydraulic resistance of the fuel element to the flow of coolant in the reactor, increasing the structural strength of the welded assembly in contact with the fuel column.
Решение технической задачи достигается тем, что в известном тепловыделяющем элементе, содержащем оболочку, заполненную ядерным топливом, заглушки, соединенные с оболочкой сварными швами, по крайнее мере, один из которых, расположенный первым по ходу теплоносителя в реакторе, находится под наружной поверхностью оболочки с заглублением в нее заглушки, состоящей из наружного и вваренного в заглушку участков, последний из которых имеет диаметр, меньше наружного диаметра оболочки тепловыделяющего элемента, но больше внутреннего ее диаметра и заканчивается выдавленным из стыка наружным гратом, согласно формуле изобретения наружный участок заглушки, расположенный непосредственно за сварным швом, выполнен в виде элемента цилиндрической формы, переходящего в окончание конической формы, с диаметром, меньшим или равным максимальному диаметру оболочки тепловыделяющего элемента, но больше диаметра участка заглушки, вваренного в оболочку, а наружный грат расположен между торцом оболочки тепловыделяющего элемента и торцевой поверхностью наружного участка заглушки, соединяющей этот участок заглушки с образующей поверхности участка заглушки, вваренного в оболочку.The solution to the technical problem is achieved by the fact that in the known fuel element containing a shell filled with nuclear fuel, plugs connected to the shell by welds, at least one of which, located first along the coolant in the reactor, is located under the outer surface of the shell with a recess plugs in it, consisting of the outer and the sections welded into the plug, the last of which has a diameter less than the outer diameter of the shell of the fuel element, but larger than its inner diameter and ends with extruded extrusion from the joint, according to the claims, the outer portion of the plug, located immediately behind the weld, is made in the form of a cylindrical element that goes to the end of the conical shape, with a diameter less than or equal to the maximum diameter of the shell of the fuel element, but more than the diameter of the section the plugs welded into the shell, and the outer bead is located between the end face of the shell of the fuel element and the end surface of the outer portion of the plug connecting the stub portion with the lateral surface portion stub welded into the membrane.
Другим отличием является то, что на наружном участке заглушки выполнена кольцевая проточка, расположенная между наружным гратом и окончанием конической формы наружного участка заглушки и имеющая диаметр, больший диаметра участка заглушки, вваренного в оболочку, но меньше минимального диаметра тепловыделяющего элемента, по крайней мере, на величину допустимой несоосности между оболочкой тепловыделяющего элемента и заглушкой. Ширина кольцевой проточки составляет 0,2-1,5 мм.Another difference is that an annular groove is made on the outer portion of the plug, located between the outer edge and the end of the conical shape of the outer portion of the plug and having a diameter larger than the diameter of the plug portion welded into the shell, but less than the minimum diameter of the fuel element, at least by allowable misalignment between the shell of the fuel element and the plug. The width of the annular groove is 0.2-1.5 mm.
Решение технической задачи достигается также тем, что внутренняя поверхность оболочки на участке внутреннего грата, зажатого между этой поверхностью и частью заглушки, находящейся внутри оболочки, опирается на него. Другим отличием является то, что внутренняя поверхность оболочки тепловыделяющего элемента сопряжена с внутренним гратом по радиусу, равному не менее одной шестой толщины стенки оболочки.The solution to the technical problem is also achieved by the fact that the inner surface of the shell on the portion of the inner burr, sandwiched between this surface and the part of the plug located inside the shell, rests on it. Another difference is that the inner surface of the shell of the fuel element is conjugated with an internal burr along a radius equal to at least one sixth of the wall thickness of the shell.
Указанная совокупность признаков является новой и не известна из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:The specified set of features is new and not known from the prior art and solves the problem, since:
- наличие цилиндрического элемента наружного участка заглушки диаметром, не больше максимального диаметра тепловыделяющего элемента, но больше диаметра участка заглушки, вваренного в оболочку, с переходом в коническое окончание позволяет иметь низкое гидравлическое сопротивление тепловыделяющего элемента потоку теплоносителя в реакторе и обеспечивает технологичность сборки тепловыделяющего элемента в топливную кассету;- the presence of a cylindrical element of the outer section of the plug with a diameter not greater than the maximum diameter of the fuel element, but larger than the diameter of the plug section welded into the shell with a transition to the conical end, allows low hydraulic resistance of the fuel element to the coolant flow in the reactor and ensures the manufacturability of the assembly of the fuel element into the fuel cassette
- расположение наружного грата между торцом оболочки и торцевой поверхностью наружного участка заглушки, соединяющей его с образующей поверхностью участка, вваренного в оболочку, снижает гидравлическое сопротивление тепловыделяющего элемента, улучшает его технологичность при сборке в кассету;- the location of the outer burr between the end face of the shell and the end surface of the outer portion of the plug connecting it to the forming surface of the portion welded into the shell reduces the hydraulic resistance of the fuel element, improves its manufacturability when assembling into a cassette;
- наличие на цилиндрическом элементе наружного участка заглушки между наружным гратом и коническим окончанием наружного участка заглушки, имеющим диаметр от минимального до максимального диаметра тепловыделяющего элемента, кольцевой проточки, диаметр которой больше диаметра вваренного участка заглушки, но меньше минимального диаметра тепловыделяющего элемента, по крайней мере, на величину допустимой несоосности между оболочкой и заглушкой, позволяет при изготовлении тепловыделяющего элемента уменьшить расстояние между торцом оболочки и торцевой поверхностью наружного участка заглушки, что способствует более полному заполнению его гратом и улучшению конструкционных и технологических характеристик тепловыделяющего элемента. Выполнение кольцевой проточки шириной менее 0,2 мм нецелесообразно, так как не оказывает видимого влияния на свойства сварного соединения тепловыделяющего элемента. При ширине этой проточки больше 1,5 мм, с одной стороны, в процессе сварки, как правило, происходит излишний разогрев этого участка заглушки и недопустимая деформация, с другой стороны, наличие широкой проточки отрицательно сказывается на технологичности тепловыделяющего элемента и, в частности, ухудшает условия собираемости его в кассету ТВС;- the presence on the cylindrical element of the outer portion of the plug between the outer burr and the conical end of the outer portion of the plug having a diameter from a minimum to a maximum diameter of the fuel element, an annular groove whose diameter is larger than the diameter of the welded portion of the plug, but less than the minimum diameter of the fuel element by the amount of permissible misalignment between the shell and the plug, allows the manufacture of a fuel element to reduce the distance between the end face of points and the end surface of the outer portion is a stub, which promotes more complete filling it grata improve structural and technological characteristics of the fuel element. The implementation of an annular groove with a width of less than 0.2 mm is impractical, since it does not have a visible effect on the properties of the welded joint of the fuel element. When the width of this groove is more than 1.5 mm, on the one hand, during the welding process, as a rule, excessive heating of this section of the plug occurs and unacceptable deformation, on the other hand, the presence of a wide groove adversely affects the manufacturability of the fuel element and, in particular, worsens conditions for its collection in the fuel assembly cartridge;
- зажатие наружного грата между внутренней поверхностью оболочки и поверхностью заглушки создает объемное сжатие нагретого металла и значительно уменьшает (в первую очередь, в радиальном направлении) наружные и внутренние складки металла. В результате оболочка своей внутренней поверхностью опирается на заглушку в зоне сварного соединения, что повышает его конструкционную прочность. Аналогичный эффект наблюдается, как показали исследования на специальных моделях, если радиус сопряжения внутренней поверхности оболочки с заглушкой составляет более 1/6 толщины стенки оболочки тепловыделяющего элемента.- clamping the outer burr between the inner surface of the shell and the surface of the plug creates a volumetric compression of the heated metal and significantly reduces (primarily in the radial direction) the external and internal folds of the metal. As a result, the shell with its inner surface rests on the plug in the welded joint area, which increases its structural strength. A similar effect is observed, as studies on special models showed, if the radius of conjugation of the inner surface of the shell with the plug is more than 1/6 of the wall thickness of the shell of the fuel element.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлен тепловыделяющий элемент.Figure 1 presents the fuel element.
На фиг.2 - участок тепловыделяющего элемента со сварным соединением.Figure 2 - plot of the fuel element with a welded joint.
На фиг.3 - участок тепловыделяющего элемента со сварным соединением с выполненной кольцевой проточкой.Figure 3 - plot of the fuel element with a welded joint with a made annular groove.
Тепловыделяющий элемент состоит из оболочки 1, в которую по торцам вварены сварными швами 2 и 3 заглушки 4 и 5. Одна из заглушек 4, привариваемая к торцу оболочки тепловыделяющего элемента, расположенного первым по ходу теплоносителя в реакторе, вварена с заглублением в оболочку на глубину, превышающую толщину оболочки, при этом сварной шов 2 находится под поверхностью оболочки 1. Заглушка 4 имеет наружный участок, коническое окончание 6 которого переходит в цилиндрический элемент 7, на конце которой со стороны торца оболочки может быть выполнена кольцевая проточка 8, диаметром которой больше диаметра вваренного участка заглушки, но меньше минимального диаметра оболочки, по крайней мере, на величину максимально допустимой несоосности между оболочкой тепловыделяющего элемента со сварным соединением и заглушкой. Ширина кольцевой проточки 0,2-1,5 мм. Протяженность цилиндрического элемента наружного участка заглушки в осевом направлении зависит от требований, предъявляемых к тепловыделяющему элементу со сварным соединением, например, по положению топливного столба относительно активной зоны реактора или необходимости нанесения на ней маркировки. При необходимости на торце заглушки, расположенном под оболочкой тепловыделяющего элемента, размещается цилиндрический выступ 9. Наружный диаметр этого выступа гарантированно меньше внутреннего диаметра оболочки для исключения шунтирования сварочного тока при сварке. Оптимальное значение этого диаметра составляет 0,7-0,9 величины номинального внутреннего диаметра оболочки и определяется объемом выдавливаемого внутрь металла (грата) 10, зависящего от размеров ввариваемой части заглушки, режимов сварки и величины заглубления заглушки 2. При значениях диаметра, близких к максимальному, формируется переход от внутренней поверхности оболочки к заглушке с радиусом не менее 1/6 толщины оболочки, а при его минимальной величине обеспечивается посадка в зоне сварного соединения внутренней поверхности оболочки на заглушку. Максимальная длина выступа 9 определяется исходя из реальных требований к положению топливного столба в тепловыделяющем элементе, наличия уменьшения внутреннего диаметра оболочки в зоне сварки, целесообразности удаления сварного шва от топливного столба для уменьшения его нагрева. На практике она составляет 0,5-2,0 внутренних диаметров оболочки. На торец цилиндрического выступа 9 опирается топливный столб 11. Для исключения перегрева заглушки 4 цилиндрический выступ 9 имеет отверстие 12. Глубина этого отверстия не превышает длины цилиндрического выступа. При минимальной длине цилиндрического выступа отверстие 12 может заменяться углублением на торце этого выступа, исключающего прямой контакт заглушки с центральной частью топливного столба. В частных случаях этот выступ может представлять собой систему, по крайней мере, из двух цилиндров, соотношение диаметральных размеров которых позволяет, с одной стороны, исключить шунтирование сварочного тока через оболочку при сварке, а с другой, - обеспечить требуемое формирование внутреннего грата.The fuel element consists of a
Внутренние деформированные слои металла оболочки и заглушки, образующие внутренний грат 10, зажатые между внутренней поверхность оболочки 1 и цилиндрическим выступом 9, являются дополнительной опорой для оболочки, при этом складки 13 либо образуют посадочное место для оболочки, либо полностью или частично завариваются с образованием поверхности радиуса (R), соединяющей оболочку с заглушкой, при величине этого радиуса не менее одной шестой толщины стенки оболочки и утолщением стенки оболочки в этом месте. Наружные складки 14 в зоне выдавленного из стыка металла-грата 15 также формируются с полным или частичным завариванием. Складки и исходное положение торца оболочки на фиг.2 показаны пунктирными линиями.The inner deformed layers of the shell metal and the plug forming the
Предлагаемый тепловыделяющий элемент работает следующим образом.The proposed fuel element operates as follows.
Готовые тепловыделяющие элементы собираются в тепловыделяющие сборки. Сборка тепловыделяющих элементов выполняется путем проталкивания их через дистанционирующие решетки, ячейки которых обладают определенной упругостью, а отверстия для размещения тепловыделяющих элементов несколько меньше наружного диаметра оболочки 1. Наличие конического окончания 6 наружного участка заглушки 4, максимальный диаметр которого равен максимальному диаметру заглушки 4, позволяет беспрепятственно устанавливать тепловыделяющие элементы в дистанционирующие решетки. Нижний конец тепловыделяющего элемента упирается меньшим диаметром конической поверхности 6 в нижнюю отбойную решетку топливной кассеты и не перекрывает ее проливные отверстия, сварной шов 2 расположен под оболочкой, закрыт максимальным диаметром заглушки 4 или выдавленным из стыка металлом 15. В результате гидравлическое сопротивление тепловыделяющего элемента потоку теплоносителя в реакторе не изменяется и соответствует требуемым параметрам. При работе тепловыделяющего элемента в реакторе топливный столб 12, удаленный от сварного шва 2 на величину цилиндрического выступа 9, не оказывает на него недопустимых тепловых и силовых радиальных нагрузок. Этому также способствует то, что внутренние складки 13 либо отсутствуют полностью с образованием в этой зоне радиусной поверхности, либо образуют для оболочки посадочное место вплоть до частичного диффузионного схватывания оболочки и грата 10, и то, что цилиндрический выступ 9 имеет осевое отверстие 12, исключающее контакт средней, наиболее нагретой, части топливного столба с заглушкой 4.Ready-made fuel elements are assembled in fuel assemblies. The assembly of the fuel elements is carried out by pushing them through the spacer grids, the cells of which have a certain elasticity, and the holes for the placement of the fuel elements are slightly smaller than the outer diameter of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119523/06A RU2310930C2 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Nuclear reactor fuel element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119523/06A RU2310930C2 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Nuclear reactor fuel element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005119523A RU2005119523A (en) | 2006-12-27 |
| RU2310930C2 true RU2310930C2 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=37759481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005119523/06A RU2310930C2 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Nuclear reactor fuel element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310930C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760492C1 (en) * | 2020-12-31 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Fuel element of nuclear reactor |
-
2005
- 2005-06-23 RU RU2005119523/06A patent/RU2310930C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760492C1 (en) * | 2020-12-31 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Fuel element of nuclear reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005119523A (en) | 2006-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103128420B (en) | Construction technology of embedded reinforcing structure for large-orifice pipe of container | |
| RU2310930C2 (en) | Nuclear reactor fuel element | |
| EP3353391B1 (en) | Cooled valve for internal combustion engines having a load relief groove | |
| CN104567110B (en) | End cover for header pipe of micro-channel heat exchanger | |
| US20090060117A1 (en) | Guide thimble of dual tube type structure nuclear fuel assembly | |
| DE112015002013B4 (en) | gas sensor | |
| KR101007848B1 (en) | Dual Cooled Fuel with a Ring-Shaped Plug And Manufacturing Method of the Same | |
| EP2444707B1 (en) | Tubing assembly | |
| KR101837909B1 (en) | Structure and method of pipe joint for dispensing fluid | |
| EP3385531B1 (en) | Gasoline direct-injection rail | |
| US5816292A (en) | Reverse taper end plug | |
| CN107160328A (en) | The press mounting tool and pressing method of the copper bush of fuel injector of cylinder head | |
| CN209026377U (en) | Electric melting pipe fittings are routed after a kind of segmented | |
| KR102106796B1 (en) | High-speed neutron reactor fuel rod | |
| CN209084264U (en) | A kind of combined type electric melting pipe fittings | |
| CN210760239U (en) | Fuel storage box inner wall butt fusion structure | |
| CN105987541B (en) | Heat exchanger and Teat pump boiler with the heat exchanger | |
| JPH06194474A (en) | Fuel rod of nuclear reactor | |
| RU2393560C2 (en) | Fuel plug of nuclear reactor | |
| CN204535198U (en) | Heat exchanger and the Teat pump boiler with this heat exchanger | |
| RU2293003C1 (en) | Nuclear reactor fuel element plug | |
| EP3561817A1 (en) | Nuclear reactor fuel assembly and method for producing same | |
| RU2219599C2 (en) | Fuel element, its manufacturing method and device | |
| DE102004063518B4 (en) | Method for producing a cone for a valve and a valve | |
| CN209026376U (en) | A kind of heat-proof polythene electric melting pipe fittings |