RU2622112C1 - Тепловыделяющая сборка ядерного реактора - Google Patents
Тепловыделяющая сборка ядерного реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622112C1 RU2622112C1 RU2016109488A RU2016109488A RU2622112C1 RU 2622112 C1 RU2622112 C1 RU 2622112C1 RU 2016109488 A RU2016109488 A RU 2016109488A RU 2016109488 A RU2016109488 A RU 2016109488A RU 2622112 C1 RU2622112 C1 RU 2622112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel assembly
- coolant
- nuclear reactor
- filter
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
-
- 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
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.). В заявленной ТВС предусмотрено выполнение анти debris-фильтров (АДФ) в форме толстостенной цилиндрической оболочки, имеющей несколько концентричных относительно ее оси рядов равномерно расположенных каналов для прохода теплоносителя, изогнутых в окружном направлении до обеспечения непрозрачности фильтра вдоль оси тепловыделяющей сборки, причем соседние ряды каналов смещены относительно друг друга в осевом направлении. Техническим результатом является создание конструкции НРФ лабиринтного типа, обладающей повышенной эффективностью по отношению к улавливанию debris-предметов как криволинейной, так и прямолинейной формы. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, а именно, к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.).
Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). - М.: Энергоатомиздат, 1990, рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319), ТВС которой состоит из пучка твэлов 1, закрепленных в несущей нижней решетке (HP) 7 и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР) 2, закрепленными на центральной трубе 9. В ТВСА ВВЭР-1000 ДР крепятся также к уголкам 3, прикрепленным винтами 6 к хвостовику 4. В ТВС-2М ДР крепятся к направляющим каналам (НК). Во всех конструкциях ТВС имеется головка 5 для обеспечения загрузки-выгрузки ТВС.
Из уровня техники известна рабочая кассета (РК) ядерного реактора ВВЭР-440, HP которой шестиугольной формы, имеет 126 круглых отверстий для установки твэлов, центральное отверстие для установки центральной трубы, 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя. Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенным отверстием шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5+0,1, причем по контуру каждой грани шестигранной HP расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 31-35). HP РК-3 ВВЭР-440 имеет дополнительно круглые отверстия для установки несущих труб (НТ).
Аналогичную конструкцию имеет несущая решетка ТВС ВВЭР-1000, которая дополнительно имеет круглые отверстия для установки НК.
Функционально HP является несущим силовым элементом, удерживающим пучок твэлов в стационарном режиме и при транспортно-технологических операциях (ТТО), а в ТВС ВВЭР-1000 она также обеспечивает загрузку-выгрузку ТВС с помощью НК.
Существенным недостатком известных HP является возможность пропускать с потоком теплоносителя посторонние debris-предметы больших размеров. Например, большая ширина и длина проливных отверстий штатной HP позволяет пропускать в пучок твэлов цилиндрические debris-предметы диаметром до 6,3 мм и плоские шириной до 13,4 мм при толщине до 5,2 мм. HP с круглыми проливными отверстиями и HP типа «ромашка» для ТВС-2М также не обладают требуемыми анти-debris свойствами и пропускают длинные цилиндрические debris-предметы до размера в поперечном направлении 7,18 мм и 6,63 мм соответственно.
Проведенными экспериментальными исследованиями показано, что существующие конструкции HP имеют эффективность задержания debris-предметов произвольной формы 50…60%, что как показала практика недостаточно, т.к. разгерметизация оболочек твэлов по этой причине составляет ~56% от общего количества отказов.
В связи с этим возникла необходимость в оснащении ТВС анти debris-фильтрами (АДФ), устанавливаемыми в хвостовики на входе в ТВС. В настоящее время все РК ВВЭР-440, ТВС ВВЭР-1000 имеют АДФ.
В проекте ТВС-2М для ВВЭР-1000 был разработан АДФ, состоящий из перфорированных пластин треугольной формы. Известная конструкция АДФ ТВС-2М собирается из 12 таких пластин, установленных под определенным углом друг к другу, с помощью дополнительных ребер в сложную пространственную конструкцию, при этом большая протяженность сварных швов снижает надежность сварных соединений.
Были предложения также оснастить штатные HP дополнительными прутками из проволоки 1,5…2 мм, приваренными на нижнюю поверхность HP в районе проливных отверстий, что в условиях массового производства реализовать практически невозможно.
Данные конструкции АДФ были исследованы в ОАО «ЭНИЦ» и результаты исследований были представлены на 7-й МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 26-27 мая 2010 г. в докладе «Экспериментальное исследование эффективности антидебрисных фильтров кассет ВВЭР-1000».
Сравнительные исследования различных конструкций АДФ, проведенные ОАО «ЭНИЦ», показали, что эффективность задержания debris-предметов для АДФ ТВС-2М составляет 77,9%, а для АДФ ТВСА - 79,1%, т.е. увеличивается почти до 80%.
При этом, однако, увеличивается и перепад давления теплоносителя на входном участке ТВС в 1,45…1,65 раза по сравнению с перепадом давления на HP.
Недостатком известных конструкций является то, что они не могут быть изготовлены посредством механической обработки, поскольку имеют узкие щели шириной 2 мм и довольно тонкие перемычки между ними.
Наиболее близким аналогом предлагаемой ТВС является известная ТВС ядерного реактора (ТВСА ВВЭР-1000), содержащая пучок твэлов и НК 8, закрепленных в HP 7 и соединенных между собой ДР 2, закрепленными на центральной трубе 9 и уголках 3, имеющая АДФ 10, установленный в хвостовике 4, представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину с отверстиями формы «шеврон» шириной 2 мм (RU 2264666, опубл. 20.11.2005).
Основным недостатком всех существующих конструкций АДФ является высокая трудоемкость изготовления.
Изготовление известных АДФ как электро-эрозионным способом, так и с помощью гидроабразивной резки приводит к большим трудозатратам.
При этом известные конструкции АДФ при их довольно высокой эффективности по отношению к криволинейным debris-предметам практически не эффективны против debris-предметов в форме прямолинейных стержней и плоских предметов большой ширины любой длины, имеющих толщину менее 2 мм.
При этом плоский АДФ имеет существенное гидравлическое сопротивление, а также в нем может происходить накопление значительного количества debris-предметов и дополнительное увеличение за счет этого КГС АДФ и ТВС.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и работоспособности ТВС типа ВВЭР за счет фильтрации debris-предметов, содержащихся в теплоносителе, и уменьшения за счет этого повреждения оболочек твэлов.
Данный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок твэлов, закрепленных в несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе или направляющих каналах, фильтр для задержания посторонних предметов в теплоносителе, установленный в хвостовике, фильтр выполнен в форме толстостенной цилиндрической оболочки, имеющей несколько концентричных относительно ее оси рядов равномерно расположенных каналов для прохода теплоносителя 11, изогнутых в окружном направлении до обеспечения непрозрачности фильтра, причем соседние ряды каналов смещены относительно друг друга в осевом направлении.
Каналы предпочтительно имеют прямоугольное поперечное сечение 14 и состоят из двух прямолинейных частей, одна из которых на выходе теплоносителя из фильтра 13 параллельна оси тепловыделяющей сборки, а другая 12 на входе теплоносителя расположена под углом к ней.
Кольцевое расположение рядов каналов позволяет обеспечить наибольшее проходное сечение, а также требуемую эффективность АДФ.
Смещение соседних рядов каналов в осевом направлении обеспечивает снижение КГС за счет образования при этом конфузора вместо резкого сужения сечения для прохода теплоносителя на входе в АДФ.
АДФ устанавливается внутри хвостовика 4 в кольцевую проточку и фиксируется в осевом направлении с помощью кольца, соединенного сваркой с хвостовиком в нескольких местах.
Поперечное сечение каналов для прохода теплоносителя в форме прямоугольника имеет высоту не более 2 мм и ширину 7…10 мм.
Профиль каналов имеет форму ломаной прямой. При этом угол наклона прямой не входе теплоносителя равен 15…25° по отношению к оси ТВС для обеспечения минимального гидравлического сопротивления предлагаемого АДФ.
Участок канала на выходе теплоносителя ориентирован параллельные оси ТВС, что обеспечивает фильтрацию прямолинейных debris-предметов, вошедших с поворотом в первый участок канала.
Причем такая ориентация участка выхода теплоносителя из канала приводит к направлению потока теплоносителя на выходе из АДФ параллельно оси ТВС, что способствует снижению вибрации и гидравлических нагрузок в нижней части ТВС, пучка твэлов.
Наилучшие технические характеристики имеет АДФ конической формы, устанавливаемый вершиной 15 навстречу теплоносителю, что выражается в низком КГС за счет плавного снижения поперечного сечения, а не внезапного сужения, более высокой прочности и жесткости.
На фиг. 1, 4 стрелкой показано направление движения теплоносителя.
Угол при вершине конуса способствует созданию поперечной составляющей гидродинамического воздействия потока теплоносителя на debris - частицы, сносящего их в застойную периферийную зону и стабилизирующего за счет этого КГС АДФ при накоплении большого их количества.
Наименьшую трудоемкость изготовления имеет плоский АДФ, который можно представить вырожденным коническим АДФ с углом при вершине 180°.
Предлагаемый АДФ может быть выполнен из нержавеющей стали типа Х18Н10Т с использованием современной цифровой высокоточной аддитивной технологии. На фиг. 6 приведена фотография опытного образца предлагаемого конического АДФ, выполненного по этой технологии.
Проливное сечение предлагаемого АДФ предпочтительно не менее чем у штатной HP. При наружном диаметре предлагаемого АДФ 224 мм, толщине 16 мм, высоте поперечного сечения канала 2 мм и ширине 7,5 мм, угле наклона каналов 20° проливное сечение его составляет 21330 мм2 при проливном сечении штатной HP 20290 мм2.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена предлагаемая ТВС.
На фиг. 2 изображен конический АДФ предлагаемой ТВС.
На фиг. 3 изображена центральная часть конического АДФ предлагаемой ТВС.
На фиг. 4 изображен ряд каналов АДФ предлагаемой ТВС.
На фиг. 5 изображен плоский АДФ предлагаемой ТВС.
Claims (7)
1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок твэлов, закрепленных в несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной трубе или направляющих каналах, фильтр для задержания посторонних предметов в теплоносителе, установленный в хвостовике, отличающаяся тем, что фильтр выполнен в форме толстостенной цилиндрической оболочки, имеющей несколько концентричных относительно продольной оси тепловыделяющей сборки рядов равномерно расположенных каналов для прохода теплоносителя, изогнутых в окружном направлении до обеспечения непрозрачности фильтра, при этом соседние ряды каналов смещены относительно друг друга в осевом направлении.
2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрическая оболочка выполнена в виде конуса с тупым углом при вершине, направленной навстречу потоку теплоносителя.
3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что угол при вершине конуса составляет 180°.
4. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что каналы для прохода теплоносителя состоят из двух прямолинейных частей, одна из которых на выходе теплоносителя из фильтра параллельна оси тепловыделяющей сборки, а другая на входе теплоносителя расположена под углом к ней.
5. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что часть канала на входе теплоносителя расположена под углом 15…25° по отношению к продольной оси тепловыделяющей сборки.
6. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что поперечное сечение канала для прохода теплоносителя имеет форму прямоугольника с высотой не более 2 мм и шириной 7…10 мм.
7. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п. 1, отличающаяся тем, что фильтр выполнен из нержавеющей стали типа Х18Н10Т с использованием аддитивной технологии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109488A RU2622112C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016109488A RU2622112C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2622112C1 true RU2622112C1 (ru) | 2017-06-13 |
Family
ID=59068233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016109488A RU2622112C1 (ru) | 2016-03-17 | 2016-03-17 | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622112C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021075993A1 (ru) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
RU2805363C1 (ru) * | 2019-10-15 | 2023-10-16 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2106027C1 (ru) * | 1996-03-05 | 1998-02-27 | Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных станций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных станций | Устройство противоаварийной защиты, замедляющее продвижение и улавливающее жидкие и твердые материалы разрушенной активной зоны, конструктивно объединенное с реактором |
RU2264666C2 (ru) * | 2004-01-16 | 2005-11-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора |
WO2008033087A1 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Westinghouse Electric Sweden Ab | A device for handling a fuel assembly |
-
2016
- 2016-03-17 RU RU2016109488A patent/RU2622112C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2106027C1 (ru) * | 1996-03-05 | 1998-02-27 | Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных станций Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных станций | Устройство противоаварийной защиты, замедляющее продвижение и улавливающее жидкие и твердые материалы разрушенной активной зоны, конструктивно объединенное с реактором |
RU2264666C2 (ru) * | 2004-01-16 | 2005-11-20 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора |
WO2008033087A1 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Westinghouse Electric Sweden Ab | A device for handling a fuel assembly |
US20100142667A1 (en) * | 2006-09-12 | 2010-06-10 | Westinghouse Electric Sweden Ab | Device for handling a fuel assembly |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021075993A1 (ru) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
RU2805363C1 (ru) * | 2019-10-15 | 2023-10-16 | Акционерное Общество "Твэл" | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2742042C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
KR100887054B1 (ko) | 원자로의 연료집합체용 감소된 압력강하를 갖는 파편 필터링 하부노즐 | |
US4056441A (en) | Bracing device for a bundle of parallel pins in a nuclear reactor assembly | |
RU2627307C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
US4980121A (en) | Protective device for lower end portion of a nuclear fuel rod cladding | |
KR20140031306A (ko) | 원자로 설비용 데브리스 필터 및 이와 같은 데브리스 필터를 포함하는 핵 연료 조립체 | |
KR20140130239A (ko) | 핵연료 집합체용 배플을 구비한 내마멸성 디바이스를 가지는 하부 단부편, 및 대응하는 연료 집합체 | |
US5490189A (en) | Nuclear fuel assembly debris filter | |
KR20190121858A (ko) | 핵연료 집합체 잔해물 여과 하부 노즐 | |
RU2610913C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
RU2622112C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
US20130272479A1 (en) | Lower end fitting for nuclear fuel assembly made from intersecting metal strips | |
RU2473989C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
KR20210039748A (ko) | 항공기 익형구조를 활용하여 유로홀을 형성한 핵연료 집합체의 하단고정체 | |
US11183310B2 (en) | Bottom nozzle of nuclear fuel assembly provided with flow holes by utilizing layered aircraft airfoil structure | |
KR101851184B1 (ko) | 향상된 이물질 여과성능을 제공하는 핵연료집합체용 하단고정체 | |
US6175606B1 (en) | Filter for a nuclear fuel assembly | |
RU2610716C1 (ru) | Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора | |
EP0805461A1 (en) | A spacer for a nuclear fuel assembly and a nuclear fuel assembly | |
KR101851181B1 (ko) | 이물질 여과장치가 형성되는 핵연료집합체용 하단고정체 | |
RU2805363C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
RU2623580C1 (ru) | Тепловыделяющая сборка ядерного реактора | |
RU2447518C1 (ru) | Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора | |
KR20200089348A (ko) | 나선형 유로홀을 형성한 핵연료 집합체의 하단고정체 | |
US5471514A (en) | Fuel element for a light-water nuclear reactor |