RU2715387C1 - Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly - Google Patents

Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly Download PDF

Info

Publication number
RU2715387C1
RU2715387C1 RU2019116153A RU2019116153A RU2715387C1 RU 2715387 C1 RU2715387 C1 RU 2715387C1 RU 2019116153 A RU2019116153 A RU 2019116153A RU 2019116153 A RU2019116153 A RU 2019116153A RU 2715387 C1 RU2715387 C1 RU 2715387C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
cross
plates
elements
intersection
Prior art date
Application number
RU2019116153A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Евгеньевич Хробостов
Сергей Михайлович Дмитриев
Владислав Дмитриевич Сорокин
Антон Владимирович Герасимов
Денис Владимирович Доронков
Екатерина Васильевна Рубцова
Андрей Павлович Живодеров
Антон Владимирович Рязанов
Максим Александрович Легчанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2019116153A priority Critical patent/RU2715387C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715387C1 publication Critical patent/RU2715387C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear physics and equipment.
SUBSTANCE: invention relates to design of mixing separation grids for fuel assemblies of nuclear reactors. Intermixing separation grid consisting of plates mutually perpendicular in two planes, forms cross-section channels of square cross-section of grid with fixed at the center of intersection of plates on side of inlet and outlet of heat carrier spacer spring elements – rings. At ends of plates deflectors are located, one edge of which is located at base of plates intersection, and the other in cross section is limited by the shape of spacer elements with allowance for margin to touch in cross section, which is necessary for installation of second row of spacer elements on the side of heat carrier outlet.
EFFECT: high uniformity of distribution of the temperature field in the cross-section of the channel, high intensity of heat exchange on the surface of fuel elements, which increases stock before the crisis of heat exchange.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной техники, конкретно к конструкциям перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Дистанционирующие решетки обеспечивают фиксацию и заданный шаг расположения тепловыделяющих элементов между собой. Расстояние между стержневыми элементами остается неизменным в течении всего срока эксплуатации тепловыделяющей сборки за счет жесткой фиксации в ячейках дистанционирующей решетки. Для выравнивания теплогидравлических характеристик теплоносителя, а также обеспечения равномерности температурного поля поперечного сечения кассеты, применяются перемешивающие решетки, включающие в себя специальные элементы – лепестки, которые создают турбулизацию потока теплоносителя и его перемешивание в межтвэльном пространстве, обеспечивая необходимую интенсификацию теплообмена.The invention relates to the field of nuclear engineering, specifically to designs of mixing spacing grids for fuel assemblies of nuclear reactors. Remote lattices provide fixing and the set step of arrangement of fuel elements among themselves. The distance between the core elements remains unchanged throughout the life of the fuel assembly due to rigid fixation in the cells of the spacer grid. To equalize the thermohydraulic characteristics of the coolant, as well as to ensure the uniformity of the temperature field of the cross section of the cartridge, mixing lattices are used, which include special elements - petals, which create a turbulization of the coolant flow and its mixing in the inter-space, providing the necessary intensification of heat transfer.

Известна перемешивающая дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, выполненные в виде перфорированной обечайки, образующей в поперечном сечении фигурную форму, полученную путем штамповки заготовки в четырех угловых точках внутрь ячейки (US6816563, G21C3/344, 09.11.2004). В данной конструкции ячейки соединены между собой при помощи сварки и снаружи стянуты ободом. На ячейках с обоих сторон перемешивающей дистанционирующей решетки выполнены дистанционирующие выступы сферической формы, а также перемешивающие лопатки, сформированные при помощи прямолинейного выреза на обечайке ячейки и гиба ее свободной части. Known mixing spacer grid containing cells made in the form of a perforated shell, forming in cross section a curved shape obtained by stamping a workpiece at four corner points inside the cell (US6816563, G21C3 / 344, 09.11.2004). In this design, the cells are interconnected by welding and externally pulled together by a rim. On the cells on both sides of the mixing spacer grid, spherical spacing protrusions are made, as well as mixing blades formed by a straight cut on the cell shell and bending its free part.

Недостатком данной конструкции является недостаточная жесткость ячеек, необходимая для предотвращения смещения тепловыделяющего элемента в течение эксплуатации, что обосновывается наличием перфораций в обечайке, образующих упругие элементы, не обладающих требуемой жесткостью. Так же недостатком является требование к точности изготовления штампованных заготовок для обеспечения гарантированного контакта элементов при помощи точечной сварки, что в свою очередь характеризуется большим объемом работ и сложностью в автоматизации процесса. The disadvantage of this design is the insufficient stiffness of the cells, necessary to prevent displacement of the fuel element during operation, which is justified by the presence of perforations in the shell, forming elastic elements that do not have the required stiffness. Another drawback is the requirement for precision manufacturing of stamped blanks to ensure guaranteed contact of the elements using spot welding, which in turn is characterized by a large amount of work and complexity in the automation of the process.

Известна перемешивающая дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными взаимно пересекающимися пластинами, в которых выполнены дистанционирующие элементы, представляющие собой отогнутые, зеркально расположенные относительно центра пластины, направленные под углом в продольной оси внутрь ячейки пластинчатые полоски, на свободном конце которых расположены элементы пуклевки (US9620250, G21C3/352, 04.11. 2017). В данной конструкции на пластинах, кроме четырех латеральных, выполнены отогнутые пластинчатые элементы - интенсификаторы, расположенные на торцевой части пластин со стороны выхода теплоносителя, предназначенные для перемешивания потока. В свою очередь, на краях четырех латеральных пластин выполнены вырезы, свободная часть которых отогнута внутрь решетки, предназначенная для предотвращения повреждения интенсификаторов при столкновении двух перемешивающих дистанционирующих решеток. Known mixing spacer grid containing cells formed by perpendicular mutually intersecting plates, in which the spacing elements are made, which are bent, mirror-shaped relative to the center of the plate, plate strips angled in the longitudinal axis inside the cell, at the free end of which are bead elements (US9620250 , G21C3 / 352, 04.11. 2017). In this design, on the plates, in addition to the four lateral ones, bent plate elements are made - intensifiers located on the end part of the plates on the outlet side of the coolant, designed to mix the flow. In turn, cuts are made at the edges of the four lateral plates, the free part of which is bent into the grating, designed to prevent damage to the intensifiers in the collision of two mixing distance gratings.

Недостатком данной конструкции является высокий коэффициент загромождения канала, обусловленный большой площадью перекрытия элементами дистанционирования. Так же недостатком является высокая сложность технологического процесса изготовления и сборки конструкции, что обуславливается большим количеством элементов штамповки и разнородностью элементов дистанционирования на пластинах, зависящей от конкретной позиции пластины в сборке. The disadvantage of this design is the high clutter of the channel, due to the large area covered by the distance elements. Another drawback is the high complexity of the manufacturing and assembly process, which is caused by a large number of stamping elements and the heterogeneity of the spacing elements on the plates, depending on the specific position of the plate in the assembly.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными пересекающимися пластинами, на краях которых на выходе потока теплоносителя выполнены отогнутые лопатки, предназначенные для перемешивания теплоносителя (EP2929539B1, G21C3/356, 01.11.2017). В данной конструкции дистанционирование тепловыделяющих элементов осуществляется трубчатыми пружинными элементами квадратного сечения, располагаемых в центре пересечения пластин, для чего в них выполнены специальные пазы.  The closest in technical essence and the achieved result to the present invention is a spacer grid containing cells formed by perpendicular intersecting plates, at the edges of which bent blades are made at the outlet of the coolant flow, designed to mix the coolant (EP2929539B1, G21C3 / 356, 11/01/2017). In this design, the spacing of the fuel elements is carried out by tubular spring elements of square section located at the center of intersection of the plates, for which special grooves are made in them.

Недостатком данной конструкции является большая длина пазов для вставного дистанционирующего элемента, что уменьшает изгибную жесткость ячеек и жесткость общей конструкции в целом. Так же большая длина дистанционирующих элементов создает большое гидравлическое сопротивление и характеризуется большой силой трения при проталкивании тепловыделяющих элементов в момент сборки. The disadvantage of this design is the large length of the grooves for the plug-in spacer element, which reduces the bending stiffness of the cells and the rigidity of the overall structure as a whole. Also, the large length of the spacing elements creates a large hydraulic resistance and is characterized by a large friction force when pushing the fuel elements at the time of assembly.

Задачей данного изобретения является создание более совершенной конструкции элементов, интенсифицирующих теплообмен, и их взаимной ориентации в канале тепловой сборки, учитывая конструктивные особенности дистанционирования тепловыделяющих элементов. The objective of the invention is to create a more advanced design of elements that intensify heat transfer, and their mutual orientation in the channel of the heat assembly, taking into account the design features of the spacing of the fuel elements.

Технический результат – более равномерное распределение поля температур в поперечном сечении канала, увеличение интенсивности теплообмена на поверхности тепловыделяющих элементов, что в свою очередь позволяет увеличить запас до кризиса теплообмена.The technical result is a more uniform distribution of the temperature field in the cross section of the channel, an increase in the intensity of heat transfer on the surface of the fuel elements, which in turn allows you to increase the supply before the heat transfer crisis.

Технический результат достигается тем, что перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующих пружинных элементов – колец; на торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя.The technical result is achieved by the fact that a mixing spacer lattice, consisting of plates mutually perpendicular in two planes, forms cross-section channels of a square cross-section of the lattice with spacing spring elements fixed in the center of intersection of the plates on the inlet and outlet sides of the coolant; deflectors are located at the ends of the plates, one edge of which is located at the base of the intersection of the plates, and the other in the cross section is limited by the shape of the spacing elements, taking into account the margin until touching in the cross section, which is necessary to install the second row of spacing elements from the coolant outlet side.

Для повышения критического теплового потока в каналах тепловых сборок, как правило, стремятся к увеличению интенсивности следующих явлений: внутриячейковое вихреобразование и межъячейковое перемешивание. Для образования крупномасштабного долгоживущего вихря в центре каждой ячейки четыре дефлектора в основании пересечения пластин ориентированы таким образом, что направление отгиба дефлекторов имеет одно направление в круговой оси. Для увеличения интенсивности межъячейкового перемешивании создается конвективный поток, образованный при обтекании потоком дефлекторов, ориентированных таким образом, что в ячейке располагаются два дефлектора на одной пластине противоположно направленные друг другу, а в смежных ячейках в направлении отклоненного потока дефлектор отсутствует, но дефлекторы, расположенные на перпендикулярных пластинах в поперечном сечении, занимают ту же область, что и смежные ячейки. Для сборки данной перемешивающей решетки, в частности закрепления пружинных элементов со стороны выхода теплоносителя, обеспечивается запас до касания d между внешним краем дефлектора и внутренней стороной кольцевого пружинного элемента в поперечном сечении канала течения теплоносителя.To increase the critical heat flux in the channels of thermal assemblies, as a rule, they seek to increase the intensity of the following phenomena: intracellular vortex formation and intercellular mixing. To form a large-scale long-lived vortex in the center of each cell, the four deflectors at the base of the intersection of the plates are oriented in such a way that the bending direction of the deflectors has one direction in a circular axis. To increase the intensity of intercellular mixing, a convective flow is created, formed when the deflectors flow around the flow, oriented in such a way that two deflectors on the same plate are located opposite to each other in the cell, and there is no deflector in adjacent cells in the direction of the deflected flow, but deflectors located on the perpendicular plates in cross section, occupy the same area as adjacent cells. To assemble this mixing lattice, in particular, fixing the spring elements from the outlet side of the coolant, a margin of up to touching d between the outer edge of the deflector and the inner side of the annular spring element in the cross section of the flow channel of the coolant is provided.

Суть изобретения раскрывается полным образом графически на чертежах:The essence of the invention is fully disclosed graphically in the drawings:

фиг. 1 – вставной дистанционирующий элемент в общей сборке;FIG. 1 - plug-in spacer element in the General Assembly;

фиг. 2 – ячейка тепловыделяющей сборки;FIG. 2 - cell fuel assembly;

фиг. 3 – поперечная проекция пластины;FIG. 3 - transverse projection of the plate;

фиг. 4 – перемешивающая дистанционирующая решетка с 2 дефлекторами на ячейку;FIG. 4 - mixing spacer grid with 2 deflectors per cell;

фиг. 5 – перемешивающая дистанционирующая решетка c 4 дефлекторами на ячейку; FIG. 5 - mixing spacer grid with 4 baffles per cell;

фиг. 6 – профили дефлекторов для различных углов отгиба.FIG. 6 - profiles of deflectors for various bending angles.

Перемешивающая дистанционирующая решетка представляет собой пересекающиеся перпендикулярные пластины (1), (2) (фиг.1), соединенных между собой в специально выполненных пазах (3) (фиг.3), выполненных до середины пластины (фиг. 3), образуя ячейки (4) (фиг. 2) формы квадрата в поперечном сечении. Так же с обоих сторон пластина (фиг.3) имеет пазы квадратного сечения (5) для установки и ячеистых дистанционирующих элементов – колец (6) фиксирующих тепловыделяющие элементы (7), имеющих запас до касания d.The mixing distance grid consists of intersecting perpendicular plates (1), (2) (Fig. 1), interconnected in specially made grooves (3) (Fig. 3), made up to the middle of the plate (Fig. 3), forming cells ( 4) (Fig. 2) the shape of the square in cross section. Also on both sides of the plate (figure 3) has grooves of square cross-section (5) for installation and cellular spacing elements - rings (6) fixing the fuel elements (7) having a margin to touch d.

На (фиг.4) представлена перемешивающая дистанционирующая решетка с дефлекторами (8) ориентированных таким образом, что в ячейке (9) два дефлектора (10) находятся на одной пластине противоположно направленные друг другу, а в смежных ячейках (11) в направлении отклоненного потока дефлекторы (12) отсутствуют.Figure 4 shows a mixing distance grid with deflectors (8) oriented in such a way that in the cell (9) two deflectors (10) are on the same plate oppositely directed to each other, and in adjacent cells (11) in the direction of the deflected flow deflectors (12) are absent.

На (фиг.5) представлена перемешивающая дистанционирующая решетка с дефлекторами (13), направление гиба имеет одно направление по круговой оси (14).Figure (5) shows a mixing distance grid with deflectors (13), the bending direction has one direction along the rotary axis (14).

На (фиг.6) представлены профили дефлекторов для угла отгиба 25 градусов (15) и 30 градусов (16), геометрия которых обусловлена внутренней формой пружинного элемента (6).Fig. 6 shows deflector profiles for an angle of 25 degrees (15) and 30 degrees (16), the geometry of which is determined by the internal shape of the spring element (6).

Claims (1)

Перемешивающая дистанционирующая решетка, состоящая из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, отличающаяся тем, что образует в поперечном сечении каналы квадратного сечения решетки с закреплёнными в центре пересечения пластин со стороны входа и выхода теплоносителя дистанционирующими пружинными элементами – кольцами; на торцах пластин располагаются дефлекторы, один край которых располагается у основания пересечения пластин, а другой в поперечном сечении ограничивается формой дистанционирующих элементов с учетом запаса до касания в поперечном сечении, что необходимо для установки второго ряда дистанционирующих элементов со стороны выхода теплоносителя.A mixing spacer grid consisting of plates mutually perpendicular in two planes, characterized in that it forms cross-section channels of a square cross-section of the grid with spacing spring elements fixed in the center of the plate intersection from the coolant inlet and outlet sides - rings; deflectors are located at the ends of the plates, one edge of which is located at the base of the intersection of the plates, and the other in the cross section is limited by the shape of the spacing elements, taking into account the margin until touching in the cross section, which is necessary to install the second row of spacing elements from the coolant outlet side.
RU2019116153A 2019-05-27 2019-05-27 Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly RU2715387C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116153A RU2715387C1 (en) 2019-05-27 2019-05-27 Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019116153A RU2715387C1 (en) 2019-05-27 2019-05-27 Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715387C1 true RU2715387C1 (en) 2020-02-27

Family

ID=69631000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019116153A RU2715387C1 (en) 2019-05-27 2019-05-27 Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715387C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816563B2 (en) * 2000-07-03 2004-11-09 Westinghouse Atom Ab Spacer and fuel assembly for a nuclear reactor
EP1589539A3 (en) * 2004-04-21 2008-03-19 Westinghouse Electric Company LLC Grid insert for the lowermost grid in a fuel assembly
RU2557254C1 (en) * 2014-03-14 2015-07-20 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Nuclear reactor fuel assembly spacer grid
EP2929539B1 (en) * 2012-12-04 2017-01-11 Areva Np Fuel rod support insert for a nuclear fuel assembly spacer grid, spacer grid and nuclear fuel assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816563B2 (en) * 2000-07-03 2004-11-09 Westinghouse Atom Ab Spacer and fuel assembly for a nuclear reactor
EP1589539A3 (en) * 2004-04-21 2008-03-19 Westinghouse Electric Company LLC Grid insert for the lowermost grid in a fuel assembly
EP2929539B1 (en) * 2012-12-04 2017-01-11 Areva Np Fuel rod support insert for a nuclear fuel assembly spacer grid, spacer grid and nuclear fuel assembly
RU2557254C1 (en) * 2014-03-14 2015-07-20 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Nuclear reactor fuel assembly spacer grid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4933138A (en) Spacer-grid for a fuel assembly of a light water nuclear reactor
US7787584B2 (en) Debris filtering bottom spacer grid with louvers for preventing uplift of fuel rods
US6393087B1 (en) Duct-type spacer grid with swirl flow vanes for nuclear fuel assemblies
US6421407B1 (en) Nuclear fuel spacer grid with dipper vanes
EP3686900B1 (en) Positioning grid and fuel assembly
RU2760570C2 (en) Spacer grid of the fuel assembly of a nuclear reactor, having a structure of a simple shape
RU2331119C1 (en) Fuel rod array and insert spacer component
US7469030B2 (en) Spacer grid for a fuel unit in a nuclear reactor cooled by light water
US4775509A (en) Spacer grid for a nuclear fuel assembly
KR910007921B1 (en) A coolant flow mixer grid for a nuclear reactor fuel assembly
KR20100082346A (en) Nuclear fuel rod spacer grid and framework and assembly comprising such a grid
RU2715387C1 (en) Separation and mixing grid of nuclear reactor fuel assembly
RU2638647C2 (en) Mixing and spacer grids of nuclear reactor fuel assembly (versions)
EP1416500B1 (en) Side-slotted nozzle type double sheet spacer grid for nuclear fuel assemblies
JP2007530928A (en) Fuel assemblies for pressurized water reactors
US8009792B2 (en) Distance lattice for fuel rod assembly in nuclear reactor
RU2204868C2 (en) Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly
RU67760U1 (en) KINDING LATTICE OF THE FUEL ASSEMBLY OF THE NUCLEAR REACTOR
RU2610716C1 (en) Filter for nuclear reactor fuel assembly
JPH01132990A (en) Integral turning blade for spacer grid
RU2383954C1 (en) Mixing grid for nuclear reactor fuel assembly
RU2632572C1 (en) Distancing lattice of nuclear reactor fuel assembly
RU2293378C1 (en) Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly
EA041297B1 (en) SPACING AND MIXING GRILLE OF FUEL CARTRIDGE OF NUCLEAR POWER REACTOR
US5174950A (en) Grid for nuclear fuel assembly