RU2534391C2 - Nuclear reactor fuel assembly - Google Patents

Nuclear reactor fuel assembly Download PDF

Info

Publication number
RU2534391C2
RU2534391C2 RU2013107329/07A RU2013107329A RU2534391C2 RU 2534391 C2 RU2534391 C2 RU 2534391C2 RU 2013107329/07 A RU2013107329/07 A RU 2013107329/07A RU 2013107329 A RU2013107329 A RU 2013107329A RU 2534391 C2 RU2534391 C2 RU 2534391C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
ferrule
support grid
tip
grid
Prior art date
Application number
RU2013107329/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013107329A (en
Inventor
Александр Ефимович Лернер
Юрий Васильевич Лузан
Виктор Михайлович Кочергин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
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 "Машиностроительный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод"
Priority to RU2013107329/07A priority Critical patent/RU2534391C2/en
Publication of RU2013107329A publication Critical patent/RU2013107329A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2534391C2 publication Critical patent/RU2534391C2/en

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

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)

Abstract

FIELD: physics, atomic power.
SUBSTANCE: invention relates to atomic power engineering and specifically to fuel assemblies used primarily in RBMK-1000 reactors, as well as VVER-440 and VVER-1000 reactors. The structure of the fastening of fuel elements in the bearing terminal (support) grid has a cylindrical part made of zirconium alloy E110. Fuel elements are fixed in the support grid by deforming the hollow end of a ferrule simultaneously at three or more points on the perimeter by a defined value, wherein the described diameter of the ferrule increases to value necessary to hold the fuel element in the support grid. The surface of the mounting opening of the support grid is stepped with the length of the step of a larger diameter equal to 0…0.5 times the thickness of the support grid, wherein the surface with a larger diameter can be conical, and at the end of the ferrule of the fuel element there is an opening which is coaxial with its outer surface, with depth of not more than the thickness of the support grid. At 3…4 points, said part of the ferrule is identically deformed such that the outer surface of the ferrule is goes beyond the smaller diameter of the mounting opening.
EFFECT: high reliability of fixing a ferrule of a fuel element in a support grid owing to absence of gaps in the axial and radial directions and preventing rotation of the fuel element about the longitudinal axis.
8 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющих сборок), используемых, преимущественно, для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.The invention relates to nuclear energy, and in particular to elements of fuel assemblies (fuel assemblies), used mainly for RBMK-1000 reactors, as well as VVER-440 and VVER-1000.

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерного реактора РБМК-1000, в которой тепловыделяющие элементы (твэлы) фиксируются в концевой решетке посредством выполнения на их наконечнике кольцевой проточки, в которую после сборки с концевой решеткой устанавливается стопорное кольцо (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенератора). М: Энергоатомиздат, 1984 г., рис.П.8.11, с.265) [1].The prior art design of the fuel assemblies of the RBMK-1000 nuclear reactor, in which fuel elements (fuel elements) are fixed in the end grid by performing an annular groove on their tip, into which a snap ring is installed after assembly with the end grid (see P. Kirillov and other Handbook of thermohydraulic calculations (nuclear reactors, heat exchangers, steam generator). M: Energoatomizdat, 1984, Fig. P. 8.11, p. 265) [1].

Недостатками данной конструкции являются наличие дополнительной детали - стопорного кольца, а также технологической операции установки кольца, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления и сборки ТВС РБМК-1000.The disadvantages of this design are the presence of an additional part - a retaining ring, as well as the technological operation of installing the ring, which leads to an increase in the complexity of manufacturing and assembling RBMK-1000 fuel assemblies.

Также известна конструкция ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, в которой наконечник твэла имеет диаметральное отверстие (см. [1], рис.П.8.9 и рис.П.8.10, с.264), в которое после установки твэла в концевую решетку вставляется шплинт (см. Крамеров А.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов,. М.: Атомиздат, 1971 г., с.206) [2].Also known is the design of the VVER-440 and VVER-1000 fuel assemblies, in which the fuel rod tip has a diametrical hole (see [1], Fig. A.8.9 and Fig. A.8.10, p.264), into which, after installing a fuel rod in the end a cotter pin is inserted into the lattice (see A.Ya. Kramerov. Questions of designing nuclear reactors, Moscow: Atomizdat, 1971, p.206) [2].

Такая конструкция имеет недостатки, аналогичные указанным выше, причем соединение твэла с концевой решеткой неразъемное.This design has disadvantages similar to those indicated above, and the connection of the fuel rod with the end grid is one-piece.

Для исключения этих недостатков и обеспечения разъемности соединения была предложена конструкция «цангового» крепления, в которой твэлы соединяются с опорной (концевой) решеткой узлами крепления, каждый из которых выполнен в виде упругого в поперечном сечении, по крайней мере на части его длины от торца, цилиндра, при том, что упругое поперечное сечение цилиндра выполнено в форме кольца, имеющего отверстие, выполненное в опорной (концевой) решетке, и имеет на торце буртик, контактирующий с поверхностью кольцевой проточки, выполненной в опорной решетке (патент на изобретение RU 2129738 С1 от 27.04.1999).To eliminate these drawbacks and ensure the releasability of the connection, a “collet” mount design was proposed, in which the fuel rods are connected to the support (end) grid by attachment nodes, each of which is made in the form of elastic in cross section, at least part of its length from the end, cylinder, despite the fact that the elastic cross-section of the cylinder is made in the form of a ring having a hole made in the support (end) lattice, and has a flange at the end in contact with the surface of the annular groove made in lattice (patent for the invention RU 2129738 C1 from 04/27/1999).

В данной конструкции ТВС предполагается, что твэл опирается на КР, поэтому она в этой конструкции и называется опорной решеткой. При этом может быть обеспечено дистанционное извлечение твэла при необходимости.In this design of the fuel assembly it is assumed that the fuel rod is based on the RC, therefore, in this design it is called the support grid. In this case, remote extraction of a fuel rod can be provided if necessary.

Однако такая конструкция имеет также несколько недостатков. Во-первых, «цанговое» крепление твэлов не обеспечивает отсутствие осевых, да и радиальных зазоров в соединении твэла с опорной (концевой) решеткой вследствие того, что цилиндр является упругим только на части своей длины. Во-вторых, оно может оказаться недостаточно надежным, если твэлы подвешены на решетке, как это имеет место в конструкции ТВС РБМК-1000, где твэлы верхнего пучка висят на концевой решетке, и в процессе всего срока эксплуатации они должны надежно в ней фиксироваться.However, this design also has several disadvantages. Firstly, the “collet” fastening of the fuel rods does not ensure the absence of axial and radial clearances in the connection of the fuel rod with the support (end) grating due to the fact that the cylinder is elastic only for part of its length. Secondly, it may turn out to be insufficiently reliable if the fuel rods are suspended on the grating, as is the case with the RBMK-1000 fuel assemblies, where the upper beam fuel rods hang on the end grating, and they must be securely fixed in it during the entire service life.

Предлагается унифицированная конструкция крепления твэлов ВВЭР-440, ВВЭР-1000, РБМК-1000 в несущей концевой (опорной) решетке (HP), устраняющая перечисленные недостатки.A unified design for the fastening of VVER-440, VVER-1000, RBMK-1000 fuel rods in a bearing end (support) lattice (HP) is proposed, which eliminates the listed disadvantages.

Поверхность посадочного отверстия в несущей решетке выполнена ступенчатой с длиной ступени большего диаметра, равной 0…0,5 толщины несущей решетки, причем поверхность с большим диаметром может быть конической.The surface of the landing hole in the carrier grid is stepped with a step length of a larger diameter equal to 0 ... 0.5 of the thickness of the carrier grid, and the surface with a large diameter can be conical.

Предлагаемая конструкция наконечника частично сохраняет конфигурацию наконечника перечисленных твэлов и имеет цилиндрическую часть из циркониевого сплава Э110.The proposed design of the tip partially retains the configuration of the tip of the listed fuel rods and has a cylindrical part of zirconium alloy E110.

Форма наконечника выше верхнего среза HP идентична существующей, что не требует изменения сварочного оборудования при соединении ее с оболочкой твэла. В нижней цилиндрической части заглушки, входящей в HP, с наружного торца выполнено цилиндрическое отверстие диаметром на 0,5…1,0 мм, меньшим ее диаметра, и длиной 5…10 мм в зависимости от конкретного твэла (см. фиг.8).The shape of the tip above the upper HP cut is identical to the existing one, which does not require a change in welding equipment when connecting it to the cladding of a fuel rod. In the lower cylindrical part of the plug included in HP, a cylindrical hole with a diameter of 0.5 ... 1.0 mm, smaller than its diameter, and a length of 5 ... 10 mm, depending on the specific fuel rod, is made from the external end face (see Fig. 8).

Фиксация твэла в HP производится путем замятия полого конца наконечника одновременно в трех или более местах по периметру на определенную величину, при этом описанный диаметр наконечника увеличивается до величины (в зависимости от диаметра заглушки и количества мест замятия), необходимой для удержания твэла в HP (см. фиг.2, 4).The fuel rod is fixed in HP by jamming the hollow end of the tip at the same time in three or more places around the perimeter by a certain amount, while the described diameter of the tip increases to the value (depending on the diameter of the plug and the number of jamming points) required to hold the fuel rod in HP (see Fig. 2, 4).

Аналогичный эффект может быть также достигнут расклиниванием полого конца наконечника в указанных местах, однако, такая технология требует большей пластичности материала заглушки.A similar effect can also be achieved by wedging the hollow end of the tip in the indicated places, however, this technology requires more ductility of the plug material.

Извлечение наконечника из HP, как показывают проведенные расчеты, возможно либо путем дальнейшего замятия конца наконечника, что приводит, в отличие от первого этапа - фиксации, к уменьшению ее описанного диаметра за счет затягивания материала внутрь, вплоть до свободного выхода наконечника из отверстия (см. фиг.3, 5), либо расклиниванием смятого конца конусом с последующей выпрессовкой из отверстия КР небольшим осевым усилием.Removing the tip from HP, as the calculations show, is possible either by further jamming the tip end, which, unlike the first stage, fixation, leads to a decrease in its described diameter by pulling the material inward, up to the tip free exit from the hole (see 3, 5), or by wedging the crushed end with a cone, followed by pressing out of the hole КР with a small axial force.

Процесс фиксации предлагаемого наконечника в HP может быть выполнен на существующем оборудовании при небольшой доработке оснастки.The process of fixing the proposed tip in HP can be performed on existing equipment with a small refinement of equipment.

Предлагаемая конструкция крепления твэлов в ТВС имеет следующие преимущества:The proposed design of the fastening of the fuel rods in the fuel assembly has the following advantages:

- Отсутствие дополнительной детали - кольца (РБМК).- Lack of additional detail - rings (RBMK).

- Простота конструкции - цилиндрическая форма, что дает предельно высокую технологичность.- Simplicity of design - a cylindrical shape, which gives extremely high adaptability.

- Отсутствие дополнительного усилия при вталкивании в решетку.- Lack of additional effort when pushing into a lattice.

- Высокая прочность конструкции, исключающая повреждение наконечника при транспортно-технологических операциях и сборке пучка твэлов.- High structural strength, eliminating damage to the tip during transport and technological operations and the assembly of a bundle of fuel rods.

- Высокая надежность получаемого соединения при сравнительно низком уровне деформаций наконечника, практическое отсутствие зазоров в осевом и радиальном направлениях за счет самопроизвольного уплотнения соединения при фиксации наконечника, исключения вращения твэла вокруг продольной оси.- High reliability of the resulting connection with a relatively low level of deformation of the tip, the practical absence of gaps in the axial and radial directions due to spontaneous sealing of the connection when fixing the tip, eliminating the rotation of the fuel rod around the longitudinal axis.

- Отсутствие проблем со сваркой КСС, т.к. отверстие в наконечнике неглубокое в связи с тем, что не требуется упругость цилиндра.- Lack of problems with welding KSS, tk. the hole in the tip is shallow due to the fact that the elasticity of the cylinder is not required.

- Возможность заглубления деформируемого конца наконечника в проточку решетки заподлицо, что особенно хорошо при центральном закреплении твэлов в ТВС РБМК с целью снижения разрыва в топливном столбе в центре АЗ.- The possibility of deepening the deformable end of the tip into the groove of the lattice is flush, which is especially good when centrally fixing the fuel rods in the RBMK fuel assemblies in order to reduce the gap in the fuel column in the center of the AZ.

- Значительно меньшая трудоемкость изготовления и металлоемкость.- Significantly less labor intensive manufacturing and metal consumption.

Изобретение поясняется чертежами на фиг.1-8.The invention is illustrated by drawings in figures 1-8.

На фиг.1 изображен узел крепления твэлов штатной ТВС РБМК-1000.Figure 1 shows the node of the fastening of the fuel rods of the standard fuel assemblies RBMK-1000.

В штатной ТВС твэлы фиксируются в концевой решетке 1 посредством выполнения на их наконечнике 2 кольцевой проточки 3, в которую после сборки с концевой решеткой устанавливается стопорное кольцо 4.In a standard fuel assembly, fuel rods are fixed in the end grill 1 by performing an annular groove 3 on their tip 2, into which, after assembly with the end grill, a retaining ring 4 is installed.

На фиг.2 изображена форма поперечного сечения наконечника при фиксации в HP с замятием в 4-х местах.Figure 2 shows the shape of the cross section of the tip when fixing in HP with a jam in 4 places.

На фиг.3 изображена расчетная форма поперечного сечения наконечника при извлечении из HP с замятием в 4-х местах.Figure 3 shows the calculated cross-sectional shape of the tip when removed from HP with a jam in 4 places.

На фиг.4-5 изображены аналогичные формы поперечного сечения с замятием в 3-х местах.Figure 4-5 shows a similar cross-sectional shape with a jam in 3 places.

На фиг.6. изображена расчетная зависимость изменения описанного диаметра наконечника от величины диаметрального замятия в 3-х местах наконечника типа ВВЭР. Видно, что первоначально описанный диаметр на этапе фиксации увеличивается с увеличением замятия до некоторого предела, а затем, при дальнейшем увеличении замятия, описанный диаметр начинает уменьшаться, что позволяет извлекать наконечник из HP практически без усилия. То же самое происходит и при замятии наконечника в 4-х местах.In Fig.6. the calculated dependence of the change in the described diameter of the tip on the value of the diametrical jam in 3 places of the tip of the WWER type is shown. It can be seen that the initially described diameter at the fixing stage increases with an increase in jam to a certain limit, and then, with a further increase in jam, the described diameter begins to decrease, which allows the tip to be removed from HP with almost no effort. The same thing happens when the tip is jammed in 4 places.

В таблицах 1-2 приведены конкретные примеры исполнения предлагаемых наконечников твэлов ТВС типа ВВЭР и РБМК.Tables 1-2 show specific examples of the execution of the proposed tips of fuel assemblies of fuel assemblies of the type VVER and RBMK.

Таблица 1Table 1   Конструктивные параметрыDesign parameters  

Тип твэлаFuel element type Длина наконечника, ммTip length, mm Глубина отверстия, ммHole depth mm Наружный диаметр, ммOuter diameter mm Диаметр отверстия, ммHole diameter mm ВВЭР-440, -1000VVER-440, -1000 13…1613 ... 16 5…65 ... 6 55 4…4.54 ... 4.5 РБМК-1000, -1500RBMK-1000, -1500 15…1815 ... 18 7,5…8,57.5 ... 8.5 8,5…9,08.5 ... 9.0 7,5…8,57.5 ... 8.5 Таблица 2table 2 Функциональные параметрыFunctional Parameters Тип реактораType of reactor РБМКRBMK ВВЭРVVER Толщина стенки полой частиWall thickness 0,5±0,10.5 ± 0.1 0,4±0,050.4 ± 0.05 Количество замятийNumber of Jams 33 4four 33 Наружный диаметр после замятияOutside diameter after jam 11,2±0,211.2 ± 0.2 10,7±0,210.7 ± 0.2 5,6±0,15.6 ± 0.1 Внутренний диаметр после замятияInside diameter after jam 6,0+0,4 6.0 +0.4 7,2+0,4 7.2 +0.4 3,0+0,2 3.0 +0.2

На фиг.7 приведена конструкция предлагаемого узла крепления в сборе, где 5 - твэл, 6 - несущая решетка, 7 - наконечник.Figure 7 shows the design of the proposed attachment assembly, where 5 is a fuel rod, 6 is a bearing grid, 7 is a tip.

На фиг.8 изображен предлагаемый наконечник, где 8 - торец наконечника, 9 - отверстие, 10 - наружная поверхность наконечника.On Fig shows the proposed tip, where 8 is the end face of the tip, 9 is the hole, 10 is the outer surface of the tip.

Claims (1)

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы, соединяемые с несущей решеткой узлами крепления, каждый из которых выполнен в виде наконечника твэла цилиндрической формы, который установлен в посадочном отверстии, выполненном в несущей решетке, отличающаяся тем, что поверхность посадочного отверстия выполнена ступенчатой с длиной ступени большего диаметра, равной 0…0,5 толщины несущей решетки, причем поверхность с большим диаметром может быть конической, а в торце наконечника твэла выполнено отверстие, соосное с его наружной поверхностью, глубиной не более толщины несущей решетки, при этом в 3…4 местах эта часть наконечника одинаково деформирована таким образом, что наружная поверхность наконечника выходит за пределы меньшего диаметра посадочного отверстия. A fuel assembly of a nuclear reactor containing fuel elements connected to the support grid by attachment points, each of which is made in the form of a tip of a cylindrical fuel rod, which is installed in the landing hole made in the support grid, characterized in that the surface of the landing hole is made stepwise with a step length a larger diameter equal to 0 ... 0.5 of the thickness of the carrier grid, and the surface with a large diameter may be conical, and an opening is made in the end of the tip of the fuel rod, oosnoe with its outer surface not deeper than the thickness of the carrier grille, and the 3 ... 4 places this portion of the tip is equally deformed so that the outer surface of the tip extends beyond the smaller diameter bore.
RU2013107329/07A 2013-02-19 2013-02-19 Nuclear reactor fuel assembly RU2534391C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107329/07A RU2534391C2 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Nuclear reactor fuel assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107329/07A RU2534391C2 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Nuclear reactor fuel assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013107329A RU2013107329A (en) 2014-08-27
RU2534391C2 true RU2534391C2 (en) 2014-11-27

Family

ID=51455967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107329/07A RU2534391C2 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Nuclear reactor fuel assembly

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2534391C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195719C2 (en) * 2000-08-09 2002-12-27 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Nuclear reactor fuel element
US20100119031A1 (en) * 2007-12-28 2010-05-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Coupling structure of fuel assembly
RU2391724C1 (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Fuel assembly of nuclear reactor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195719C2 (en) * 2000-08-09 2002-12-27 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Nuclear reactor fuel element
US20100119031A1 (en) * 2007-12-28 2010-05-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Coupling structure of fuel assembly
RU2391724C1 (en) * 2008-11-26 2010-06-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Fuel assembly of nuclear reactor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РЕШЕТНИКОВ Ф.Г. и др. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов, книга 1. Москва, Энергоатомиздат, 1995, с. 188. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013107329A (en) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7668284B2 (en) Tube-in-tube threaded dashpot end plug
US4617171A (en) Device for fixing a guide tube in a recess on the end fitting of a nuclear reactor fuel assembly
US11721445B2 (en) Replacement thermal sleeve for a reactor vessel closure head penetration adapter of control rod drive mechanism
US8811566B2 (en) Guide thimble plug for nuclear fuel assembly
US4980121A (en) Protective device for lower end portion of a nuclear fuel rod cladding
RU2664726C1 (en) Device for centring and guiding rotation of turbine engine shaft including improved means for retaining external bearing ring
JPH0222353B2 (en)
EP0523540A1 (en) Reconstitutable control assembly having removable control rods with detachable split upper end plugs
JP5675538B2 (en) Fuel rod assembly for nuclear reactors
KR102027369B1 (en) Method for installing a fixture for handling a spent nuclear fuel assembly
EP0140588A1 (en) Nuclear reactor fuel assembly with a removable top nozzle
RU2534391C2 (en) Nuclear reactor fuel assembly
KR940003793B1 (en) Reusable locking tube in a reconstitutable fuel assembly
US4348353A (en) Nuclear reactor fuel assembly duct-tube-to-inlet-nozzle attachment system
RU2473989C1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
EP2591474B1 (en) Bwr nuclear fuel assembly with snap-in sleeve spring
US20130329847A1 (en) Nuclear control rod with flexure joint
KR20080111409A (en) Nuclear reactor fuel assembly grid
US11289211B2 (en) Method of installing an external dashpot tube around a control rod guide tube in a nuclear fuel assembly
US4568111A (en) Detachable connection for a nuclear reactor fuel assembly
RU2473988C1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
RU2249864C2 (en) Nuclear reactor fuel assembly
US20170337993A1 (en) Fuel Assembly
CN110767326A (en) Nuclear reactor control rod assembly for preventing control rod from falling
RU2174718C2 (en) Nuclear reactor fuel assembly

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160220