RU2532261C1 - Apparatus for spacing fuel elements - Google Patents

Apparatus for spacing fuel elements Download PDF

Info

Publication number
RU2532261C1
RU2532261C1 RU2013115854/07A RU2013115854A RU2532261C1 RU 2532261 C1 RU2532261 C1 RU 2532261C1 RU 2013115854/07 A RU2013115854/07 A RU 2013115854/07A RU 2013115854 A RU2013115854 A RU 2013115854A RU 2532261 C1 RU2532261 C1 RU 2532261C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
fuel
pins
cell
coolant
Prior art date
Application number
RU2013115854/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013115854A (en
Inventor
Дмитрий Николаевич Пузанов
Иван Никитович Васильченко
Сергей Александрович Кушманов
Виктор Васильевич Вьялицын
Дмитрий Вячеславович Мальчевский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс" filed Critical Открытое акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "Гидропресс"
Priority to RU2013115854/07A priority Critical patent/RU2532261C1/en
Publication of RU2013115854A publication Critical patent/RU2013115854A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532261C1 publication Critical patent/RU2532261C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

FIELD: physics, atomic power.
SUBSTANCE: invention relates to nuclear reactor fuel assemblies. The invention employs hydraulic forces acting on cells of spacer grids on the side of coolant flow to further press pins of the cells to the fuel element envelopes. The spacer grid of the fuel assembly comprises shaped cells on which pins are made such that the outer surface of the cells in the area of the pins is directed opposite the flow of the coolant. The pins are placed in the lower part of the cells, moving the region of contact of the cells with the fuel element envelopes closer to the ends of the cells and thereby reducing radial stiffness of the cells. The lead-in surface of the pins is in the form of a bend of the end of the cell.
EFFECT: pressing pins to fuel element envelopes with incident flow of the coolant during operation.
3 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к дистанционирующим решеткам тепловыделяющих сборкок (ТВС) для ядерных реакторов.The invention relates to nuclear energy, and more specifically to a spacer grid of a fuel assembly (FA) for nuclear reactors.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Дистанционирующие решетки (ДР) современных бесчехловых ТВС имеют ряд особенностей, среди которых можно отметить высокую радиальную жесткость и высокую скорость ползучести материала ячеек ДР в реакторных условиях.The distance gratings (DR) of modern caseless fuel assemblies have a number of features, among which are high radial stiffness and high creep rate of the material of DR cells in reactor conditions.

В реакторных условиях за счет радиационной ползучести материала ячеек ДР, выполняющихся, как правило, из циркониевых сплавов, и контактного взаимодействия ячеек с твэльными оболочками, происходит увеличение внутреннего вписанного диаметра ячеек. С учетом уменьшения диаметра твэльных оболочек, характерного для начального и среднего периода эксплуатации ТВС, между ячейками ДР и твэльными оболочками обычно появляется зазор, и условия контактного взаимодействия оболочек твэлов с ДР качественно изменяются, так как в этом случае твэлы могут контактировать с ячейками ДР не по трем пуклевкам, как обычно бывает в самом начале эксплуатации, а по двум или по одной пуклевке. Таким образом, надежность фиксации твэльных оболочек ухудшается, и в контактных парах «твэл-ячейка ДР» при воздействии пульсирующих нагрузок со стороны потока теплоносителя могут возникнуть взаимные перемещения, что, в принципе, может привести к проблемам, связанным с фреттинг-износом твэльных оболочек.In reactor conditions, due to the radiation creep of the material of the DR cells, which are usually made of zirconium alloys and the contact interaction of the cells with the fuel claddings, an increase in the internal inscribed diameter of the cells occurs. Taking into account the decrease in the diameter of the fuel cladding, which is characteristic of the initial and average period of operation of fuel assemblies, a gap usually appears between the DR cells and the fuel cladding, and the conditions for the contact interaction of the cladding of the fuel rods with the DR qualitatively change, since in this case, the fuel rods may not contact the DR cells three beetles, as is usually the case at the very beginning of operation, and two or one beetles each. Thus, the reliability of the fixation of fuel claddings is deteriorating, and mutual displacements may occur in the contact pairs of the DR fuel cell under pulsating loads from the coolant flow, which, in principle, can lead to problems associated with fretting wear of fuel claddings.

Высокая радиальная жесткость ячеек ДР может приводить к значительным контактным силам между оболочками твэлов и ДР, что, в свою очередь, может являться причиной возникновения больших напряжений в элементах ТВС при избыточном удлинении твэльных оболочек относительно направляющих каналов в процессе эксплуатации. Большая радиальная жесткость ячеек ДР может также являться причиной появления больших усилий, возникающих при сборке пучка твэлов, что приводит к усложнению технологии сборки, например, за счет использования лака.The high radial stiffness of the DR cells can lead to significant contact forces between the claddings of the fuel rods and the DR, which, in turn, can cause high stresses in the elements of the fuel assemblies with excessive elongation of the fuel cladding relative to the guide channels during operation. The large radial stiffness of the DR cells can also be the reason for the appearance of large forces arising during the assembly of the fuel rod bundle, which complicates the assembly technology, for example, due to the use of varnish.

Известна дистанционирующая решетка (Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций. В.Д.Шмелев, Ю.Г.Драгунов и др., Москва, 2004 г., стр.107, 108, рис.6.11) имеющая обод, ячейки с выполненными на них пуклевками. Недостатками данной дистанционирующей решетки являются повышенные усилия при прохождении твэлов через ячейки дистанционирующих решеток при сборке пучка твэлов, а также возникновение зазоров между пуклевками ячеек и оболочками твэлов в процессе эксплуатации.Known spacer grid (VVER active zones for nuclear power plants. V.D.Shmelev, Yu.G. Dragunov and others, Moscow, 2004, p. 107, 108, Fig. 6.11) having a rim, cells with them beetles. The disadvantages of this spacer grid are increased forces when the fuel rods pass through the cells of the spacer grids during assembly of the fuel rod bundle, as well as the occurrence of gaps between the cell bullets and the claddings of the fuel rods during operation.

Данная дистанционирующая решетка является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту, которая принимается за прототип.This spacer grid is the closest in technical essence and the achieved effect, which is taken as a prototype.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является оптимизация взаимодействия оболочек твэлов с ячейками дистанционирующих решеток в процессе эксплуатации за счет оптимизации геометрии ячеек ДР, при которой снижается радиальная жесткость ячеек, а в реакторных условиях возникают усилия со стороны потока теплоносителя, постепенно уменьшающие внутренний вписанный диаметр ячеек за счет ползучести материала ячеек.The objective of the invention is to optimize the interaction of the cladding of the fuel rods with the cells of the spacer grids during operation by optimizing the geometry of the DR cells, in which the radial stiffness of the cells is reduced, and in the reactor conditions there are efforts from the side of the coolant flow, gradually reducing the internal inscribed cell diameter due to creep of the cell material .

Техническим результатом изобретения является уменьшение вероятности возникновения зазоров между твэльными оболочками и ячейками ДР и снижение максимальных напряжений в элементах ТВС в процессе эксплуатации, а также снижение усилий снаряжения твэлов при сборке пучка.The technical result of the invention is to reduce the likelihood of gaps between the fuel cladding and the DR cells and to reduce the maximum stresses in the fuel assembly elements during operation, as well as to reduce the fueling forces of the fuel rods during beam assembly.

Поставленная цель достигается тем, что предложен способ дистанционирования твэлов в тепловыделяющей сборке, имеющей дистанционирующие решетки (1), содержащих фигурные ячейки (2) с пуклевками (3), в котором новым является то, что поток теплоносителя воздействует на ячейки (2) таким образом, что вблизи пуклевок возникают гидравлические усилия, постепенно уменьшающие внутренний вписанный диаметр ячеек (2) по пуклевкам (3) за счет ползучести материала ячеек в реакторных условиях, как максимум на величину возможного зазора (Д) между пуклевкой (3) и оболочкой твэла (7).This goal is achieved by the fact that a method is proposed for spacing fuel rods in a fuel assembly having spacer grids (1) containing curly cells (2) with beadlets (3), in which it is new that the coolant flow acts on the cells (2) in this way that hydraulic forces arise near the pupples, gradually decreasing the inscribed inner diameter of the cells (2) by the pupples (3) due to creep of the cell material under reactor conditions, by a maximum of the possible gap (D) between the pupple (3) and olochkoy fuel element (7).

Технический результат достигается тем, что в дистанционирующей решетке (1), содержащей фигурные ячейки (2) с пуклевками (3), новым является то, что пуклевки (3) выполнены таким образом, что большая часть внешней поверхности (4) ячеек (2) в районе пуклевок обращена к потоку теплоносителя.The technical result is achieved by the fact that in the spacer grid (1) containing curly cells (2) with puklevki (3), it is new that the puklevki (3) are made in such a way that most of the outer surface (4) of the cells (2) in the area of the beetles, it faces the coolant flow.

Такое решение поставленной задачи позволяет набегающему на ячейки ДР потоку теплоносителя создать разность давлений по разные стороны от пуклевок - с наружной стороны давление теплоносителя превосходит давление теплоносителя с внутренней стороны пуклевок. Таким образом, создается дополнительное усилие поджатия пуклевок к твэльным оболочкам при эксплуатации ТВС. С учетом радиационной ползучести циркониевых сплавов такая конструкция ячеек ДР будет способствовать уменьшению вероятности образования зазоров в контактных парах «твэл-ячейка ДР» за счет постепенного уменьшения внутреннего вписанного диаметра ячеек при воздействии на них потока теплоносителя в реакторных условиях, при которых проявляется ползучесть материала ячеек ДР.Such a solution of the problem posed allows the coolant flow incident on the DR cells to create a pressure difference on different sides of the bellows - from the outside, the coolant pressure exceeds the coolant pressure from the inside of the bellows. Thus, an additional effort is created to compress the sticks to the fuel claddings during the operation of the fuel assemblies. Taking into account the radiation creep of zirconium alloys, such a design of DR cells will reduce the likelihood of gaps in the contact elements of the DR fuel cell due to a gradual decrease in the inscribed diameter of the cells when exposed to a coolant flow in reactor conditions under which the creep of material of DR cells .

По варианту пуклевки (3) располагаются в нижней части ячеек (2).According to the variant, the pupples (3) are located in the lower part of the cells (2).

Данное решение, когда пуклевки находятся близко к торцевому краю ячеек и имеют незначительное расстояние от точек контакта с твэльными оболочками до торца ячеек, обеспечивает пониженную радиальную жесткость по сравнению со стандартными ячейками ДР, у которых пуклевки находятся в центральной по высоте области ячеек. Таким образом, предлагаемая конструкция ДР должна обеспечивать снижение усилий, возникающих при сборке пучка твэлов и напряжений в элементах ТВС в процессе эксплуатации.This solution, when the pupples are close to the end edge of the cells and have an insignificant distance from the contact points with the fuel claddings to the end of the cells, provides reduced radial stiffness compared to standard DR cells, in which the pupples are in the central region of the cell height. Thus, the proposed design of the DR should provide a reduction in the forces arising from the assembly of the fuel rod bundle and the stresses in the fuel assembly elements during operation.

По варианту пуклевки (3) имеют заходную поверхность (внутренняя поверхность ячейки ДР вблизи ее торца), выполненную в виде загиба (5) торца (6) ячейки (2).According to the variant, the pupples (3) have a lead-in surface (the inner surface of the DR cell near its end), made in the form of a bend (5) of the end (6) of the cell (2).

Данное решение позволит исключить закусывание твэла при его движении относительно ячеек в продольном направлении.This solution will eliminate the bite of the fuel rod when it moves relative to the cells in the longitudinal direction.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

фиг.1 - изменение вписанного диаметра ячейки по пуклевкам при воздействии потока теплоносителя;figure 1 is a change in the inscribed diameter of the cell on the bullets when exposed to a coolant flow;

фиг.2 - дистанционирующая решетка для компоновки пучка по треугольной сетке;figure 2 - spacer grid for arranging the beam on a triangular grid;

фиг.3 - дистанционирующая решетка для компоновки пучка по квадратной сетке;figure 3 - spacer grid for arranging the beam on a square grid;

фиг.4 - общий вид предлагаемой ячейки с фрагментом твэльной оболочки с пуклевкми в нижней части;4 is a General view of the proposed cell with a fragment of the fuel clad with puklevkmi in the lower part;

фиг.5 - сечение ячейки с пуклевкой, имеющей загиб торцевой части ячейки.5 is a cross-section of a cell with a bead having a bend in the end part of the cell.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Дистанционирующая решетка (1) содержит фигурные ячейки (2) с пуклевками (3). Пуклевки (3) ячеек (2) выполнены таким образом, что большая часть внешней поверхности (4) ячеек (2) в районе пуклевок обращена к потоку теплоносителя.The distance grid (1) contains curly cells (2) with beetles (3). Puklevki (3) of cells (2) are made in such a way that most of the outer surface (4) of cells (2) in the region of puklevki is facing the heat carrier flow.

Пуклевки (3) могут располагаться в нижней части ячеек (2).Puklevki (3) can be located in the lower part of the cells (2).

Пуклевки (3) могут иметь заходную поверхность, выполненную в виде загиба (5) торца (6) ячейки (2).Puklevki (3) may have a lead-in surface made in the form of a bend (5) of the end face (6) of the cell (2).

Работа дистанционирующей решетки осуществляется следующим образом.The work of the spacer grid is as follows.

Поток теплоносителя поступает в пучок твэлов тепловыделяющей сборки, который закреплен в ячейках дистанционирующих решеток. Так как ячейки имеют наклонные по отношению к направлению потока поверхности, то создается гидродинамическое усилие, стремящееся сжать ячейки по пуклевкам. Тем самым обеспечивается плотный контакт ячееек с оболочками твэлов (7), обеспечивающий отсутствие фреттинг-износа как оболочек, так и самих ячеек.The coolant flow enters the fuel rod bundle of the fuel assembly, which is fixed in the cells of the spacer grids. Since the cells are inclined with respect to the direction of flow of the surface, a hydrodynamic force is created, which tends to compress the cells along the bullets. This ensures tight contact of the cells with the cladding of the fuel rods (7), ensuring the absence of fretting wear of both the shells and the cells themselves.

При сборке пучка твэлов в силу того, что вписанный диаметр по пуклевкам меньше наружного диаметра оболочки твэла, установка твэла производится с определенным усилием. Размещение пуклевок ближе к нижней торцевой части ячейки позволяет снизить радиальную жесткость ячейки ДР и, как следствие, снизить контактное усилие взаимодействия оболочки твэла и ячейки. Это в конечном итоге приводит к снижению усилий, возникающих при сборке пучка твэлов, и повышает технологичность всей тепловыделяющей сборки. При этом наличие загиба торца ячейки в районе пуклевки в сторону от оболочки твэла обеспечивает исключение закусывания оболочки в ячейке при продольном перемещении твэлов относительно ДР.When assembling a bundle of fuel rods due to the fact that the inscribed diameter along the bullets is less than the outer diameter of the cladding of a fuel rod, the fuel rod is installed with a certain force. Placing the pupples closer to the lower end of the cell allows one to reduce the radial stiffness of the DR cell and, as a result, reduce the contact force of the interaction of the fuel cladding and the cell. This ultimately leads to a decrease in the forces arising during the assembly of the fuel rod bundle, and increases the manufacturability of the entire fuel assembly. In this case, the presence of a bend in the end of the cell in the region of the bite to the side of the fuel rod cladding ensures that the shell does not bite during longitudinal movement of the fuel rods relative to the DR.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Изобретение имеет промышленную применимость для активных зон реакторных установок отечественного производства типа ВВЭР и активных зон зарубежных PWR. Изобретение также может быть реализовано в любом промышленном теплообменном оборудовании, содержащем нагревательные элементы, сформированные в пучок по треугольной или квадратной сетке, и дистанционирующие решетки.The invention has industrial applicability for the active zones of domestic reactors of WWER type and the active zones of foreign PWRs. The invention can also be implemented in any industrial heat exchange equipment containing heating elements formed into a beam along a triangular or square grid, and spacer grids.

Изобретение распространяется на любые виды дистанционирующих решеток сотового типа, используемые в активных зонах реакторных установок.The invention extends to any type of honeycomb spacer grids used in reactor cores.

Предлагаемое изобретение позволит улучшить условия изготовления тепловыделяющей сборки, снизить вероятность фреттинг-износа тепловыделяющих элементов и уменьшить максимальные напряжения в элементах ТВС в процессе эксплуатации.The present invention will improve the manufacturing conditions of the fuel assembly, reduce the likelihood of fretting wear of the fuel elements and reduce the maximum voltage in the elements of the fuel assembly during operation.

Claims (3)

1. Устройство дистанционирования тепловыделяющих элементов, состоящее из дистанционирующей решетки (1), содержащей фигурные ячейки (2) с пуклевками (3), отличающаяся тем, что пуклевки (3) ячеек (2) выполнены таким образом, что большая часть внешней поверхности (4) ячеек (2) в районе пуклевок обращена к потоку теплоносителя.1. A device for spacing fuel elements, consisting of a spacer grid (1) containing curly cells (2) with beetles (3), characterized in that the beetles (3) of the cells (2) are made in such a way that most of the outer surface (4 ) cells (2) in the area of the beetles facing the heat carrier flow. 2. Устройство дистанционирования тепловыделяющих элементов по п.1, отличающееся тем, что пуклевки (3) располагаются в нижней части ячеек (2).2. The device for spacing fuel elements according to claim 1, characterized in that the beetles (3) are located in the lower part of the cells (2). 3. Устройство дистанционирования тепловыделяющих элементов по 1, отличающееся тем, что пуклевки (3) имеют заходную поверхность, выполненную в виде загиба (5) торца (6) ячейки (2). 3. A device for spacing fuel elements according to claim 1, characterized in that the beetles (3) have a lead-in surface made in the form of a bend (5) of the end (6) of the cell (2).
RU2013115854/07A 2013-04-10 2013-04-10 Apparatus for spacing fuel elements RU2532261C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013115854/07A RU2532261C1 (en) 2013-04-10 2013-04-10 Apparatus for spacing fuel elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013115854/07A RU2532261C1 (en) 2013-04-10 2013-04-10 Apparatus for spacing fuel elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013115854A RU2013115854A (en) 2014-10-20
RU2532261C1 true RU2532261C1 (en) 2014-11-10

Family

ID=53380044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013115854/07A RU2532261C1 (en) 2013-04-10 2013-04-10 Apparatus for spacing fuel elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532261C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760570C2 (en) * 2019-10-14 2021-11-29 Кепко Ньюклеар Фьюэл Ко., Лтд Spacer grid of the fuel assembly of a nuclear reactor, having a structure of a simple shape

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2138861C1 (en) * 1996-12-03 1999-09-27 Опытное конструкторское бюро машиностроения Spacer grid of nuclear reactor fuel assembly
RU2448375C1 (en) * 2010-11-15 2012-04-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Spacer grid for fuel assembly
US8238511B2 (en) * 2009-06-09 2012-08-07 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear fuel assembly protective bottom grid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2138861C1 (en) * 1996-12-03 1999-09-27 Опытное конструкторское бюро машиностроения Spacer grid of nuclear reactor fuel assembly
US8238511B2 (en) * 2009-06-09 2012-08-07 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear fuel assembly protective bottom grid
RU2448375C1 (en) * 2010-11-15 2012-04-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Spacer grid for fuel assembly

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760570C2 (en) * 2019-10-14 2021-11-29 Кепко Ньюклеар Фьюэл Ко., Лтд Spacer grid of the fuel assembly of a nuclear reactor, having a structure of a simple shape

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013115854A (en) 2014-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2997578B1 (en) Nuclear fuel assembly design
US3719560A (en) Fuel assembly for a nuclear reactor using zirconium alloy clad fuel rods
Qvist et al. Design and performance of 2D and 3D-shuffled breed-and-burn cores
RU2340019C1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
EP2088600A1 (en) Core of a boiling water reactor
RU2532261C1 (en) Apparatus for spacing fuel elements
JP2009058447A (en) Control rod for reactor
JP2014119454A (en) Fuel rods with varying axial characteristics and nuclear fuel assemblies using the same
Trinuruk et al. Concept of prismatic high temperature gas-cooled reactor with SiC coating on graphite structures
US8243872B2 (en) Spacer grid for close-spaced nuclear fuel rods
WO2015059737A1 (en) Nuclear reactor core
RU2428756C1 (en) Coverless fuel assembly with hexagonal fuel grid of water-cooled power reactor (versions)
JP5376782B2 (en) Reactor control rod and manufacturing method thereof
RU2461086C2 (en) Spacer grid of fuel assembly
RU2524172C1 (en) Production of spacer grate
KR20220028089A (en) Extended SiC fuel element
RU2554719C2 (en) Spacer grid of nuclear reactor fuel assembly
RU2138861C1 (en) Spacer grid of nuclear reactor fuel assembly
RU6465U1 (en) FUEL ASSEMBLY
KR100907634B1 (en) Support grid for filtering foreign substances with asymmetric dimples
RU2778040C1 (en) Spacer grid of nuclear reactor fuel assembly (options)
KR101071287B1 (en) Internal structure of wire spring type spacer grid
KR20240024191A (en) Method and device to improve the performance of RCCA and CEA to alleviate clad deformation in high fluence regions
JP5355201B2 (en) Reactor control rod
EP2924689A1 (en) Nuclear reactor

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner