RU2594897C1 - Nuclear reactor fuel assembly - Google Patents

Nuclear reactor fuel assembly Download PDF

Info

Publication number
RU2594897C1
RU2594897C1 RU2015115737/07A RU2015115737A RU2594897C1 RU 2594897 C1 RU2594897 C1 RU 2594897C1 RU 2015115737/07 A RU2015115737/07 A RU 2015115737/07A RU 2015115737 A RU2015115737 A RU 2015115737A RU 2594897 C1 RU2594897 C1 RU 2594897C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coolant
flow
fuel assembly
fuel
devices
Prior art date
Application number
RU2015115737/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Никитович Васильченко
Сергей Александрович Кушманов
Виктор Васильевич Вьялицын
Original Assignee
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 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" filed Critical Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС"
Priority to RU2015115737/07A priority Critical patent/RU2594897C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594897C1 publication Critical patent/RU2594897C1/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: nuclear physics.
SUBSTANCE: invention relates to nuclear reactor fuel assemblies (FA). Fuel assembly includes fuel elements, arranged in rows in spacer grids with certain pitch to form hydraulic cells for coolant passage. Based on direction of flow of coolant area of negative enthalpy devices are installed, deflecting coolant flow from axial direction so that displacement vector of flow rate of coolant from one hydraulic cell to another, then, in area of positive enthalpy, devices are installed, made so that coolant flow swirls within each hydraulic cell.
EFFECT: technical result is reduction of maximum steam content and high margin before crisis of heat exchange during reactor operation.
1 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к атомной энергетике, а более конкретно - к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов с водой под давлением.The invention relates to nuclear energy, and more specifically to fuel assemblies of nuclear reactors with water under pressure.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Энерговыделение по сечению тепловыделяющей сборки ядерного реактора имеет существенные неравномерности. Это приводит к неравномерному распределению параметров теплоносителя и, соответственно, запасов до кризиса теплообмена в ячейках между тепловыделяющими элементами. Для выравнивания параметров теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки применяют перемешивающие устройства в виде решеток с дефлекторами (лопатками) или наклонными гранями.The energy release over the cross section of the fuel assembly of a nuclear reactor has significant irregularities. This leads to an uneven distribution of the parameters of the coolant and, accordingly, the reserves before the heat transfer crisis in the cells between the fuel elements. To align the parameters of the coolant along the cross section of the fuel assembly, mixing devices are used in the form of gratings with deflectors (blades) or inclined faces.

Известен способ повышения критических тепловых потоков в тепловыделяющих сборках при помощи устройства (перемешивающая решетка) для перемешивания теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки [Патент RU №2383954, заявлен 15.09.2008. G21C 3/32], включающего решетку, выполненную из пересекающихся пластин, образующих при пересечении шестигранные ячейки для размещения твэлов, снабженные дефлекторами (отклоняющими элементами). Дефлекторы наклонены в одном окружном направлении вокруг шестигранной ячейки.There is a method of increasing critical heat fluxes in fuel assemblies using a device (mixing lattice) for mixing the coolant along the cross section of the fuel assembly [Patent RU No. 2383954, filed September 15, 2008. G21C 3/32], including a lattice made of intersecting plates, forming at the intersection of hexagonal cells for placing fuel rods, equipped with deflectors (deflecting elements). The baffles are inclined in one circumferential direction around the hexagonal cell.

Тепловыделяющая сборка с известным устройством для перемешивания теплоносителя обладает недостатком, заключающимся в том, что дефлекторы создают движение теплоносителя вокруг каждого твэла, т.е. смешение теплоносителя происходит только в ячейках, окружающих конкретный твэл и, таким образом, не совсем эффективно выравнивает энтальпию теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки. Кроме того, в области повышенного паросодержания теплоносителя в тепловыделяющих сборках с повышенным энерговыделением, а также в режимах с пониженными, относительно номинальных, параметрами теплоносителя (давление, массовая скорость), данное устройство не эффективно. В этой области необходимо применить решетки с высокими турбулизирующими свойствами.The fuel assembly with the known device for mixing the coolant has the disadvantage that the deflectors create a motion of the coolant around each fuel element, i.e. mixing of the coolant occurs only in the cells surrounding a particular fuel rod and, therefore, does not quite efficiently align the coolant enthalpy with the cross section of the fuel assembly. In addition, in the area of high vapor content of the coolant in fuel assemblies with increased energy release, as well as in modes with lower, relative to nominal, parameters of the coolant (pressure, mass velocity), this device is not effective. In this area it is necessary to apply gratings with high turbulizing properties.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью изобретения является обеспечение теплоотвода от тепловыделяющих элементов тепловыделяющих сборок с повышенным энерговыделением.The aim of the invention is the provision of heat removal from the fuel elements of the fuel assemblies with increased energy release.

Задачей изобретения является создание тепловыделяющей сборки, имеющей схему интенсификации теплообмена, обеспечивающей достаточные запасы до кризиса теплообмена как в области отрицательной, так и в области положительной относительной энтальпии.The objective of the invention is the creation of a fuel assembly having a scheme for intensifying heat transfer, providing sufficient reserves before the heat transfer crisis, both in the region of negative and in the region of positive relative enthalpy.

Техническим результатом изобретения является снижение максимального паросодержания (улучшение условий эксплуатации оболочек твэл) и повышение запасов до кризиса теплообмена при работе РУ.The technical result of the invention is to reduce the maximum vapor content (improving the operating conditions of the claddings of fuel elements) and increase the reserves before the crisis of heat transfer during operation of the switchgear.

Достижение цели изобретения - повышение критических тепловых потоков - обеспечивается тем, что тепловыделяющие сборки (1) ядерного реактора содержат тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1), образуют гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя. Новым является то, что по направлению движения потока (6) теплоносителя установлены устройства (7), выполненные так, что отклоняют поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (6) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).Achieving the objective of the invention is to increase critical heat fluxes, is ensured by the fact that the fuel assemblies (1) of the nuclear reactor contain fuel elements (2) arranged in rows (3) in the spacer grids (4) of the fuel assembly (1), form hydraulic cells (5) for the passage of the coolant. What is new is that in the direction of flow of the coolant flow (6), devices (7) are installed that are designed to deflect the coolant flow (6) from the axial one so that the flow velocity vector (6) of the coolant is displaced from one hydraulic cell (6 ) in another, and then, in the region of positive enthalpy, devices (8) are installed, made so that the flow of flow (6) of the coolant within each hydraulic cell (5) swirls.

Такая схема организации потока теплоносителя, когда в области отрицательной энтальпии применяются устройства, позволяющие эффективно перемешивать теплоноситель (например, перегонять теплоноситель в смежные ячейки), а в области положительной энтальпии применяются устройства с высокими турбулизирующими свойствами (например, обеспечивающими закрутку потока в каждой ячейке, образованной твэлами), позволит снизить максимальное паросодержание (улучшение условий эксплуатации оболочек твэл) и повысить запасы до кризиса теплообмена.This is a scheme for organizing the flow of coolant when devices are used in the region of negative enthalpy that allow efficient mixing of the coolant (for example, to distill the coolant into adjacent cells), and in the region of positive enthalpy, devices with high turbulent properties (for example, ensuring swirling of the flow in each cell formed with fuel rods), will reduce the maximum vapor content (improving the operating conditions of the cladding of fuel rods) and increase reserves before the heat transfer crisis.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

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

фиг. 1 - тепловыделяющая сборка с устройствами для перемешивания теплоносителя;FIG. 1 - fuel assembly with devices for mixing the coolant;

фиг. 2 - схема горизонтальных векторов скорости при отклонении потока теплоносителя (вид сверху);FIG. 2 is a diagram of horizontal velocity vectors when the heat carrier flow deviates (top view);

фиг. 3 - схема векторов скорости при закрутке потока теплоносителя в ячейке.FIG. 3 is a diagram of velocity vectors when swirling a coolant flow in a cell.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

В тепловыделяющих сборках (1) ядерного реактора, содержащих тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1) и образующие гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя по направлению движения потока (6) теплоносителя в области отрицательной энтальпии, установлены устройства (7), отклоняющие поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (5) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).In fuel assemblies (1) of a nuclear reactor containing fuel elements (2) located in rows (3) in the spacer grids (4) of the fuel assembly (1) and forming hydraulic cells (5) for the passage of the coolant in the direction of flow (6) of the coolant in the region of negative enthalpy, devices (7) are installed that deflect the coolant flow (6) from the axial one so that the flow velocity vector (6) of the coolant shifts from one hydraulic cell (5) to another, and then, in the positive enthalpy, installed devices (8), made so that there is a swirling flow (6) of the coolant within each hydraulic cell (5).

В тепловыделяющей сборке с такими устройствами повышение критических тепловых потоков в активной зоне ядерного реактора осуществляется следующим образом.In a fuel assembly with such devices, an increase in critical heat fluxes in the core of a nuclear reactor is carried out as follows.

Теплоноситель поступает в тепловыделяющую сборку (1) и нагревается соответственно энерговыделениям в тепловыделяющих элементах. Так как энерговыделения по сечению и высоте тепловыделяющей сборки имеют существенную неравномерность, то и подогрев теплоносителя тоже оказывается неравномерным. В области отрицательной энтальпии для выравнивания температур и паросодержаний теплоносителя в разных ячейках и тепловыделяющих сборках отклоняет потоки (6) в каждой ячейке (5), образованной тепловыделяющими элементами (2), обеспечивая для них перемещение в смежные ячейки (5), что приводит к соответствующему усреднению по сечению тепловыделяющей сборки температур и паросодержаний. При этом направление перемещения потока выбирается таким образом, чтобы суммарная результирующая горизонтальной силы от потока теплоносителя на элементы тепловыделяющей сборки была равна нулю. В области положительной энтальпии применяют устройства, турбулизирующие поток, увеличивая интенсивность теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов.The coolant enters the fuel assembly (1) and is heated accordingly to the energy released in the fuel elements. Since the energy release over the cross section and height of the fuel assembly has significant unevenness, heating of the coolant also turns out to be uneven. In the region of negative enthalpy, to equalize the temperatures and vapor contents of the coolant in different cells and fuel assemblies, it deflects flows (6) in each cell (5) formed by fuel elements (2), providing them with movement to adjacent cells (5), which leads to the corresponding averaging over the cross section of the fuel assembly of temperatures and steam contents. In this case, the direction of movement of the flow is chosen so that the total resulting horizontal force from the flow of coolant to the elements of the fuel assembly was equal to zero. In the field of positive enthalpy, devices are used that turbulent the flow, increasing the intensity of heat removal from the surface of the fuel elements.

Таким образом, предлагаемое решение, а именно использование двух последовательных схем - перемешивание с последующей турбулизацией потока теплоносителя, обладают существенной новизной и технической эффективностью.Thus, the proposed solution, namely the use of two sequential circuits - mixing with subsequent turbulization of the coolant flow, have significant novelty and technical efficiency.

Экономическая эффективность применения предлагаемого изобретения определяется также повышением безопасности ядерного реактора за счет снижения неравномерности параметров теплоносителя в тепловыделяющей сборке и активной зоне и возможностью повышения мощности реактора за счет увеличения запасов до критических параметров охлаждающего теплоносителя.The economic efficiency of the application of the invention is also determined by increasing the safety of a nuclear reactor by reducing the unevenness of the parameters of the coolant in the fuel assembly and the core and the possibility of increasing the power of the reactor by increasing the reserves to critical parameters of the coolant.

Claims (1)

Тепловыделяющая сборка (1) ядерного реактора, содержащая тепловыделяющие элементы (2), расположенные рядами (3) в дистанционирующих решетках (4) тепловыделяющей сборки (1), образующие гидравлические ячейки (5) для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что по направлению движения потока (6) теплоносителя в области отрицательной энтальпии установлены устройства (7), отклоняющие поток (6) теплоносителя от осевого таким образом, что происходит смещение вектора скорости потока (6) теплоносителя из одной гидравлической ячейки (5) в другую, а затем, в области положительной энтальпии, установлены устройства (8), выполненные так, что происходит закрутка потока (6) теплоносителя в пределах каждой гидравлической ячейки (5).  A fuel assembly (1) of a nuclear reactor containing fuel elements (2) arranged in rows (3) in the spacer grids (4) of the fuel assembly (1) forming hydraulic cells (5) for the passage of the coolant, characterized in that in the direction of flow (6) in the area of negative enthalpy, devices (7) are installed that deflect the flow (6) of the coolant from the axial in such a way that the flow velocity vector (6) of the coolant moves from one hydraulic cell (5) to another, and then to areas of positive enthalpy, devices (8) are installed, made so that there is a swirling flow (6) of the coolant within each hydraulic cell (5).
RU2015115737/07A 2015-04-27 2015-04-27 Nuclear reactor fuel assembly RU2594897C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115737/07A RU2594897C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Nuclear reactor fuel assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115737/07A RU2594897C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Nuclear reactor fuel assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2594897C1 true RU2594897C1 (en) 2016-08-20

Family

ID=56697139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015115737/07A RU2594897C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Nuclear reactor fuel assembly

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594897C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759217C1 (en) * 2018-07-04 2021-11-11 Акционерное Общество "Твэл" Nuclear reactor with pressurized water

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050105677A1 (en) * 2003-10-07 2005-05-19 Kyung-Ho Yoon Spacer grid for nuclear reactor fuel assemblies
RU2319235C1 (en) * 2006-08-08 2008-03-10 Николай Иванович Перепелица Fuel assembly spacer grid
US7469030B2 (en) * 2002-03-29 2008-12-23 Framatome Anp Spacer grid for a fuel unit in a nuclear reactor cooled by light water
RU113055U1 (en) * 2011-06-16 2012-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") REMOTE LATTICE OF THE HEAT FUEL ASSEMBLY OF A HIGH-ENERGY NUCLEAR REACTOR
RU2448376C1 (en) * 2010-10-01 2012-04-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Structure of plate grid for fuel assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7469030B2 (en) * 2002-03-29 2008-12-23 Framatome Anp Spacer grid for a fuel unit in a nuclear reactor cooled by light water
US20050105677A1 (en) * 2003-10-07 2005-05-19 Kyung-Ho Yoon Spacer grid for nuclear reactor fuel assemblies
RU2319235C1 (en) * 2006-08-08 2008-03-10 Николай Иванович Перепелица Fuel assembly spacer grid
RU2448376C1 (en) * 2010-10-01 2012-04-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Structure of plate grid for fuel assembly
RU113055U1 (en) * 2011-06-16 2012-01-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") REMOTE LATTICE OF THE HEAT FUEL ASSEMBLY OF A HIGH-ENERGY NUCLEAR REACTOR

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759217C1 (en) * 2018-07-04 2021-11-11 Акционерное Общество "Твэл" Nuclear reactor with pressurized water

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4786616B2 (en) Reactor
CA2823960A1 (en) Nuclear reactor control method and apparatus
Chang et al. Experimental study on CHF using a full scale 2-D curved test section with additives and SA508 heater for IVR-ERVC strategy
RU2594897C1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
KR101405666B1 (en) Passive Secondary Condensing System of An Atomic Power Plant
Gu et al. Transient analyses on loss of heat sink and overpower transient of natural circulation LBE-cooled fast reactor
US9536628B2 (en) Nuclear fuel assembly support grid
US9514851B2 (en) Rib-type roughness design for improved heat transfer in PWR rod bundles
JP6503188B2 (en) Reactor core and fuel assembly loading method
RU2720465C1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
EP3564965B1 (en) Nuclear reactor fuel assembly
RU2391725C1 (en) Procedure and facility for mixing coolant in fuel assemblies of nuclear reactor
Chen et al. Subchannel analysis of fuel assemblies of a lead–alloy cooled fast reactor
Wang et al. Natural circulation characteristics of lead-based reactor under long-term decay heat removal
KR20170015986A (en) Crush resistant nuclear fuel assembly support grid
RU67760U1 (en) KINDING LATTICE OF THE FUEL ASSEMBLY OF THE NUCLEAR REACTOR
Verma et al. Experimental Investigation: Effect of Shrouds on Thermal Stratification of a Large Water Pool
CN202694816U (en) MOX (mixed oxide) fuel assembly structure applied to super-critical water reactor
CN102768863A (en) MOX (Mixed Oxide) fuel assembly structure suitable for supercritical water reactor
KR20130133232A (en) Nuclear fuel rod plenum spring assembly
KR101533868B1 (en) Fuel rod layout for candu fuel bundle
TW201640517A (en) Fuel assembly for a nuclear boiling water reactor
RU2566674C1 (en) Fuel assembly of nuclear reactor
JP6430141B2 (en) Boiling water reactor core
JP6628789B2 (en) Fuel assembly for boiling water reactors