RU2557254C1

RU2557254C1 - Nuclear reactor fuel assembly spacer grid

Info

Publication number: RU2557254C1
Application number: RU2014109745/07A
Authority: RU
Inventors: Петр Михайлович Аксенов; Александр Викторович Иванов; Александр Ефимович Лернер; Юрий Васильевич Лузан; Вадим Иванович Суслин; Станислав Игоревич Цирин; Николай Викторович Шаповалов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод"
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-07-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: spacer grids (SG) of fuel assemblies (FA) of the nuclear reactor consists of a rim, tubular cells with flat sides for welding with cells and with a rim, and curvilinear sides intended for contact with fuel elements, symmetrised with reference to the longitudinal axis of the cell. On the curvilinear sides intended for contact with fuel elements, symmetrically with reference to their axis the flat platforms intended for welding of cells with a rim, oriented parallel to rim sides are located. The offered design of SG has higher producibility since it allows to automate the process of welding of SG in general.

EFFECT: improvement of mechanical and hydraulic characteristics of a spacer grid due to reduction of length of curvilinear sections of a contour of cells.

5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.The invention relates to nuclear energy, and in particular to elements of fuel assemblies (FAs) of VVER-type nuclear reactors.

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энерго-атомиздат, 1990, рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319) [1], которая содержит тепловыделяющие элементы (твэлы), закрепленные в нижней опорной решетке и соединенные между собой дистанционирующими решетками (ДР).The prior art design of fuel assemblies for nuclear reactors VVER-440, VVER-1000 (see Kirillov P.L. et al. Handbook of thermohydraulic calculations (nuclear reactors, heat exchangers, steam generators). M.: Energo-atomizdat, 1990, Fig. A.8.1, A.8.3 and A.8.5, pp. 317-319) [1], which contains fuel elements (fuel rods) fixed in the lower support grid and interconnected by distance grids (DR).

Известна существующая ДР шестиугольной формы для тепловыделяющей сборки ядерного реактора типа ВВЭР, которая состоит из фигурных ячеек, выполненных из циркониевого сплава и соединенных между собой контактной точечной сваркой, и обода (Крамеров А.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов. - М.:Атомизат, 1971, с. 209) [2].The existing hexagonal-shaped DR for the fuel assembly of a VVER-type nuclear reactor is known, which consists of figured cells made of zirconium alloy and interconnected by contact spot welding, and a rim (A. Kramerov. Questions of designing nuclear reactors. - M.: Atomizat, 1971, p. 209) [2].

Наиболее близкой к предлагаемой является ДР (патент RU 2256960, G21C 3/34, G21C 21/00), состоящая из обода, периферийных трубчатых ячеек, имеющих две пары плоских граней для сварки с ячейками и одну плоскую грань для сварки с ободом, и полевых трубчатых ячеек, имеющих три пары плоских граней для сварки ячеек между собой, каждая из которых имеет три криволинейные грани, предназначенные для контакта с твэлом, расположенные симметрично относительно продольной оси ячейки. Сварка ячеек между собой и с ободом производится посредством контактной точечной сварки.Closest to the proposed is DR (patent RU 2256960, G21C 3/34, G21C 21/00), consisting of a rim, peripheral tubular cells having two pairs of flat faces for welding with cells and one flat face for welding with a rim, and field tubular cells having three pairs of flat faces for welding the cells between each other, each of which has three curved faces intended for contact with a fuel rod, located symmetrically relative to the longitudinal axis of the cell. The cells are welded together and with the rim by means of spot welding.

Недостатками известной ДР являются низкая технологичность изготовления, выражающаяся в невозможности полной автоматизации сварки ДР, невысокая жесткость ДР на поперечный изгиб и относительно высокое гидравлическое сопротивление.The disadvantages of the known DR are the low manufacturability of manufacturing, expressed in the impossibility of fully automating the welding of the DR, the low rigidity of the DR to lateral bending and the relatively high hydraulic resistance.

В известной ДР сварка полевых, а также угловых периферийных ячеек, с ободом производится вручную, т.к. в месте сварки эти ячейки не имеют площадки контакта и контакт происходит по линии, которая перемещается вдоль обода в пределах допусков. Более того, точечный контакт этих ячеек с ободом не позволяет выполнить надежное сварное соединение даже вручную. В связи с этим автоматизация сварки этого соединения практически не выполнима, при этом данное сварное соединение имеет меньший диаметр литого ядра, чем сварное соединение ячеек между собой, т.е. имеет меньшую прочность.In the well-known DR, welding of field as well as corner peripheral cells with a rim is done manually, because at the place of welding, these cells do not have a contact area and contact occurs along a line that moves along the rim within tolerances. Moreover, the point contact of these cells with the rim does not allow for reliable welding even by hand. In this regard, the automation of welding of this joint is practically not feasible, while this welded joint has a smaller diameter of the cast core than the welded joint of the cells with each other, i.e. has less strength.

Для обеспечения собираемости пучка ТВС криволинейные грани ячеек имеют технологические заходные участки - заманы. Большая протяженность заманов по контуру ячейки известной ДР приводит к ухудшению гидравлической характеристики ДР за счет «затенения» ими проходного сечения на входе в ДР.To ensure the collection of the fuel assembly bundle, the curvilinear faces of the cells have technological entry sections — zamans. The large length of the gaps along the cell contour of the known DR leads to a deterioration in the hydraulic characteristics of the DR due to their “shadowing” of the bore at the entrance to the DR.

Наличие больших криволинейных участков в известной ДР приводит также и к снижению изгибной жесткости ДР и депланации ее при поперечных нагрузках в процессе сборки ТВС и термомеханических воздействиях при эксплуатации, что приводит к повышению уровня напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов ТВС.The presence of large curved sections in the known DR also leads to a decrease in the bending stiffness of the DR and its deployment under transverse loads during assembly of the fuel assemblies and thermomechanical stresses during operation, which leads to an increase in the level of stress-strain state of the structural elements of the fuel assemblies.

Технической задачей изобретения является создание ДР с высокой технологичностью, жесткостью, прочностью и улучшенной гидравлической характеристикой.An object of the invention is the creation of DR with high adaptability, rigidity, strength and improved hydraulic performance.

Технический результат достигается за счет уменьшения протяженности криволинейных участков контура ячеек, путем введения на криволинейных гранях, симметрично относительно их оси, плоских площадок, предназначенных для сварки ячеек с ободом и ориентированных параллельно граням обода.The technical result is achieved by reducing the length of the curved sections of the contour of the cells by introducing on the curved faces, symmetrically about their axis, flat areas designed for welding cells with a rim and oriented parallel to the faces of the rim.

При этом дополнительные плоские грани в предлагаемой ДР используются для увеличения качества и прочности сварного соединения ячеек с ободом, т.к. они дают возможность увеличить литое ядро до размера литого ядра сварного соединения ячеек между собой. Контакт ячеек с ободом по плоскости в предлагаемой ДР позволяет также автоматизировать процесс сварки ДР в целом, что приводит к снижению трудоемкости изготовления ДР.Moreover, additional flat faces in the proposed DR are used to increase the quality and strength of the welded joint of the cells with the rim, because they make it possible to increase the cast core to the size of the cast core of the welded joint of the cells with each other. The contact of the cells with the rim along the plane in the proposed DR also allows you to automate the welding process of the DR as a whole, which reduces the complexity of manufacturing DR.

Наибольшее снижение трудоемкости предлагаемой ДР может быть достигнуто, если сварка ячеек с ободом выполнена лазерной сваркой, а в пределе, когда все сварные соединения выполнены лазерной сваркой.The greatest reduction in the complexity of the proposed DR can be achieved if the cells with the rim are laser-welded, and in the limit when all the welded joints are laser-welded.

Предлагаемая ДР может быть выполнена из циркониевого сплава или нержавеющей стали.The proposed DR can be made of zirconium alloy or stainless steel.

Предлагаемая конструкция ДР поясняется следующими графическими материалами.The proposed design DR is illustrated by the following graphic materials.

На фиг. 1 изображена предлагаемая ДР ТВС ВВЭР (вид сверху).In FIG. 1 shows the proposed DR VVER fuel assemblies (top view).

На фиг. 2 изображена полевая ячейка существующей ДР.In FIG. 2 shows a field cell of an existing DR.

На фиг. 3 изображена полевая ячейка предлагаемой ДР.In FIG. 3 shows a field cell of the proposed DR.

На фиг. 4 изображена периферийная ячейка предлагаемой ДР.In FIG. 4 shows the peripheral cell of the proposed DR.

Предлагаемая ДР (см. фиг. 1) содержит обод 1 и трубчатые ячейки двух типов: периферийные ячейки 3, приваренные к трем из шести (через одну) граням обода 1 и в его углах, и сваренные с ними и друг с другом полевые ячейки 2, часть из которых также приварена к трем остальным граням обода.The proposed DR (see Fig. 1) contains a rim 1 and tubular cells of two types: peripheral cells 3, welded to three of the six (through one) faces of the rim 1 and in its corners, and field cells 2 welded with them and with each other , some of which are also welded to the other three faces of the rim.

На фиг. 2 показана полевая ячейка известной ДР, которая имеет три грани 5 для дистанционирования твэла и шесть плоских граней 4 для сварки с соседними ячейками. Сварка этих ячеек, а также угловых периферийных ячеек, с ободом в известной ДР производится в точках 6.In FIG. 2 shows a field cell of the known DR, which has three faces 5 for spacing a fuel rod and six flat faces 4 for welding with adjacent cells. Welding of these cells, as well as angular peripheral cells, with a rim in the known DR is made at points 6.

На фиг. 3 показана полевая ячейка предлагаемой ДР, которая имеет дополнительно шесть плоских площадок 7, предназначенных для сварки ячейки с ободом.In FIG. 3 shows the field cell of the proposed DR, which has an additional six flat areas 7 for welding cells with a rim.

На фиг. 4 показана периферийная ячейка предлагаемой ДР, которая также имеет дополнительно шесть плоских площадок 7, предназначенных для сварки ячейки с ободом. При этом в угловых ячейках она сваривается с ободом и по грани 8, аналогично известной ДР.In FIG. 4 shows the peripheral cell of the proposed DR, which also has an additional six flat areas 7 for welding the cell with the rim. Moreover, in corner cells, it is welded to the rim and along face 8, similarly to the well-known DR.

Claims

1. The spacer grid of the fuel assembly of a nuclear reactor, consisting of a rim and tubular cells having six flat faces for welding the cells between each other and three curved faces designed for contact with the fuel rod, located symmetrically relative to the longitudinal axis of the cell, characterized in that curved faces of the cells, symmetrically with respect to their axis, are flat areas designed for welding cells with a rim oriented parallel to the faces of the rim.

2. The spacer grid according to claim 1, characterized in that the cells are welded together and with the rim by spot welding.

3. The spacer grid according to claim 2, characterized in that the cells with the rim are welded by laser welding.

4. The spacer grid according to claim 3, characterized in that the cells are welded together by laser welding.

5. The spacer grid according to claim 1, characterized in that it is made of zirconium alloy or stainless steel.