WO2019132697A1 - Тепловыделяющая сборка ядерного реактора - Google Patents

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора Download PDF

Info

Publication number
WO2019132697A1
WO2019132697A1 PCT/RU2017/000999 RU2017000999W WO2019132697A1 WO 2019132697 A1 WO2019132697 A1 WO 2019132697A1 RU 2017000999 W RU2017000999 W RU 2017000999W WO 2019132697 A1 WO2019132697 A1 WO 2019132697A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel assembly
plates
longitudinal axis
groups
fuel
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000999
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Петр Михайлович АКСЁНОВ
Юрий Васильевич ЛУЗАН
Александр Ефимович ЛЕРНЕР
Сергей Александрович МЯКОВ
Олег Борисович САМОЙЛОВ
Ирина Евгеньевна СИМАНОВСКАЯ
Дмитрий Леонидович ШИПОВ
Евгений Васильевич ШОЛИН
Original Assignee
Акционерное Общество "Твэл"
Публичное 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 Акционерное Общество "Твэл", Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" filed Critical Акционерное Общество "Твэл"
Priority to PCT/RU2017/000999 priority Critical patent/WO2019132697A1/ru
Priority to UAA201911488A priority patent/UA124597C2/ru
Priority to RU2020119807A priority patent/RU2742042C1/ru
Priority to EA201900481A priority patent/EA038791B1/ru
Priority to US16/618,023 priority patent/US11437154B2/en
Priority to CN201780091256.XA priority patent/CN111095431B/zh
Priority to EP17936879.0A priority patent/EP3734614A4/en
Publication of WO2019132697A1 publication Critical patent/WO2019132697A1/ru
Priority to ZA2019/07837A priority patent/ZA201907837B/en

Links

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
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/33—Supporting or hanging of elements in the bundle; Means forming part of the bundle for inserting it into, or removing it from, the core; Means for coupling adjacent bundles
    • G21C3/3305—Lower nozzle
    • 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
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/3206—Means associated with the fuel bundle for filtering the coolant, e.g. nozzles, grids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/01—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements
    • B01D29/012—Making filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/01—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements
    • B01D29/03—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements self-supporting
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • 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
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/11—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements
    • 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
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • 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

Definitions

  • the invention relates to nuclear energy, namely, to fuel assemblies of nuclear reactors.
  • Known fuel assembly of a nuclear reactor (see patent US20090092217 dated 05.29.1996, G21C3 / 322), comprising a head, a shank, a bundle of fuel elements arranged in a square grid, fixed in a carrier grid and interconnected by spacer grids, a filter in the head designed for delays from entering into the coolant of structural elements of the fuel assembly, for example, inconel inserts of spacer grids in the event of their destruction and shedding into a bundle of fuel elements.
  • this filter is similar to the function of the bumper grid of the working VVER-440 cassette (see patent RU2364962 dated 04.24.2008, G21C3 / 00) also intended for the retention of fragments of structural elements of a fuel assembly in the case of their hypothetical destruction.
  • the working cassette has a cover, and the presence of a baffle grid in this case isolates fragments of the fuel assembly from entering the reactor circuit, and for a fuel assembly without a cover, they are likely to exit the bundle of fuel elements into the reactor loop through the gap between the fuel assemblies, which makes the design more complicated fuel assembly is not justified from the point of view of practical effect.
  • the filter in a known fuel assembly cannot hold foreign objects (not related to the structural elements of the fuel assembly) at the entrance to the fuel assembly, which, as practice shows, are in the coolant and can cause damage to the structural elements of the fuel assemblies (for example, fuel shells ) during operation.
  • the hexagonal shaped supporting grid has 126 round holes for installing fuel rods, a central hole for installing a central tube, 102 holes in the shape of a "dumbbell" for coolant flow, 12 holes with a minimum diameter of 5.9 mm. and half holes along the contour of the support grid for the flow of the coolant. Holes of the "dumbbell" type are formed by two holes with a minimum radius of 2.95 mm., Connected by a hole with a minimum width of 5 mm.
  • the holes for the installation of fuel rods and the central tube have a diameter of 5 + o mm., And along the contour of each face of the hexagon carrier of the lower lattice there are seven holes for the bottom plugs of the fuel rods (see Dementiev B.D. , pp. 31-35).
  • Bearing lattice RK-3 The nuclear reactor VVER-440 has additionally round holes for the installation of support tubes.
  • the lower grid of the fuel assembly of the VVER-1000 nuclear reactor which additionally has round holes for the installation of guide channels, has a similar design.
  • the lower lattice is a supporting force element that holds a bundle of fuel rods in stationary mode and during transport operations, and in the fuel assembly of a WER-1000 nuclear reactor it also provides loading and unloading of the fuel assembly using guide channels.
  • a significant drawback of the known support gratings is the ability to pass foreign objects of large dimensions with the coolant flow.
  • the large width and length of the pouring holes of the standard carrier of the lower lattice allows foreign cylindrical objects with a diameter of up to 6.3 mm to be passed into a bundle of fuel rods. and flat widths up to 13.4 mm. with a thickness of up to 5.2 mm.
  • the carrier grille with round pouring holes and the chamomile-type carrier grille for TVS-2M also do not have the required anti-debris properties and pass long cylindrical foreign objects up to size in the transverse direction of 7.18 mm. and 6.63 mm. respectively.
  • an anti-debris filter was developed, consisting of 12 perforated plates installed at a certain angle to each other using additional edges in a complex spatial structure, while the great length of the welds reduces the reliability of the welded joints.
  • a known design of the fuel assembly (US patent 5867551 from 02.02.1999, G21C3 / 30), in which the filter constructively performs the functions of the base plate and is a wave-like plate.
  • Two types of grooves are made in the waves of the plate: in the shape of a cross and in the shape of a circle, divided into 4 sectors.
  • the disadvantages of this design include the technological complexity of manufacturing the plate, which has a complex spatial shape, because The "wave” does not pass through the entire cross section of the plate, but forms local peaks and troughs in which grooves are made.
  • the disadvantage of this design is that to increase the efficiency of the filter (the ability to trap smaller particles), the holes must have a small diameter. By reducing the diameter of the bore holes, the hydraulic resistance of the fuel assembly increases.
  • the closest analogue of the proposed fuel assembly is a nuclear reactor fuel assembly containing a head 5, a bundle of fuel rods 1 and guide channels 8, spacer grids 2, an anti-debris filter installed in the shank 4, which is a perforated plate with holes in the form of grooves having the shape of the V symbol (RU 2264666 dated January 16, 2004, G21C3 / 30).
  • the disadvantage of this anti-debris filter is small, 0.3 ... 0.6 mm.
  • the thickness of the bridges between the holes with a plate thickness is 6 ... 8 mm.
  • the objective of the invention is to increase the efficiency of the anti-debris filter while maintaining the hydraulic resistance of the fuel assembly at the same level.
  • the technical result of the invention is to improve the reliability and performance of a fuel assembly of nuclear reactors by improving the design of the anti-debris filter.
  • the fuel assembly of a nuclear reactor contains a head 5, a bundle of fuel rods 1, spacer grids 2 and an anti-debris filter 10 for retaining foreign objects.
  • Anti-debris filter is installed in the shank of the fuel assembly and is made in the form of groups of straight plates located in the cross section of the shank.
  • the upper 13 and lower 15 groups of plates are angled to the longitudinal axis of the fuel assembly 11 and connected to the middle 14 by a group of plates parallel to the longitudinal axis of the fuel assembly to form along the longitudinal axis of the fuel assembly channels 16-17 of rectangular cross section for the passage of heat carrier.
  • the channels formed by the upper and middle groups of plates are located at an angle of 23 to the longitudinal axis of the fuel assembly, comprising 0 ... 15 0 .
  • the channels formed by the middle and lower groups of plates are located at an angle of 24 to the longitudinal axis of the fuel assembly, comprising 15 ... 25 °, with a slope opposite to the inclination of the channels formed by the upper and middle groups of plates.
  • the upper and lower groups of plates are located along the longitudinal axis of the fuel assembly 11 with a gap of 21.
  • the channels formed by the upper and middle groups of plates are offset relative to the channels formed by the middle and lower groups of plates, in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the fuel assembly.
  • Anti-debris filter 10 can be installed in the cross section of the shank at the inlet or at the coolant outlet from the shank.
  • the cross-section of the channels for the passage of the coolant in the shape of a rectangle has a height of 2 ... 3 mm. and a width of 7 ... 10 mm.
  • the channel profile has the shape of a broken straight line with a total height of the anti-debris filter 10 ... 15 mm.
  • the anti-debris filter has channels formed by the upper and middle groups of plates and located at an angle of 0–15 ° to the longitudinal axis of the fuel assembly, and channels formed by the middle and lower groups of plates and located at an angle of 15 ... 25 ° to the longitudinal axis of the fuel assembly with a slope opposite to the slope of the channels formed by the upper and middle groups of plates, the arrangement of the upper and lower groups of plates along the longitudinal axis of the fuel assembly with a gap and offset channels formed by the upper and middle groups Pami plates, relative to the channels formed by the middle and lower groups of plates in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the fuel assembly, provides filtering extraneous straight-line objects included with the flow of coolant 12 in the filter channels with their further rotation in the channels.
  • This design of the anti-debris filter provides increased efficiency against foreign objects in the form of straight rods and flat objects of any length having a thickness of less than 2 mm.
  • the location of the filter channels at the outlet of the coolant flow at a smaller angle to the longitudinal axis of the fuel assembly leads to the direction of flow of the coolant at the outlet of the anti-debris filter to the longitudinal axis of the fuel assembly, which contributes to a decrease in the hydraulic resistance coefficient, vibration and hydraulic loads in the lower part of the fuel assembly and fuel rod bundle.
  • the thickness of the plates of the anti-debris filter is 0.5 ... 1.0 mm.
  • the plates are connected to each other "groove in the groove.”
  • the plates can be welded to each other, as well as to the rim 22 by means of laser, electron beam or argon arc welding.
  • the proposed anti-debris filter can be made of stainless steel type ⁇ 18 ⁇ 10 ⁇ using modern digital high-performance gas-laser cutting technology, mastered in serial production. Also, this anti-debris filter can be made of stainless steel using additive technologies.
  • 1 shows a fuel assembly of a nuclear reactor.
  • Figure 2 shows a round-shaped anti-debris filter (top view) of a fuel assembly.
  • FIG. 3 shows an anti-debris filter of rhombic shape (top view) of a fuel assembly.
  • Figure 4 shows an anti-debris square filter (top view) of a fuel assembly.
  • FIG. 5 shows the structure of an anti-debris filter of a fuel assembly.
  • Figure 6 shows the plate of the upper group of the anti-debris filter of the fuel assembly.
  • Fig.7 depicts a plate of the middle group of the anti-debris filter of the fuel assembly.
  • the anti-debris filter consists of plates of three groups: the upper group of plates with lower grooves 18, the middle group of plates with double-sided oblique grooves 19 and the lower group of plates with upper grooves 20, forming channels 16-17 for coolant flow.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Filtration Of Liquid (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, пучок тепловыделяющих элементов, дистанционирующие решетки и антидебрисный фильтр. Антидебрисный фильтр установлен в хвостовике тепловыделяющей сборки и выполнен в виде групп прямолинейных пластин, расположенных в поперечном сечении хвостовика. Верхняя и нижняя группы пластин расположены под углом к продольной оси тепловыделяющей сборки и соединены средней группой пластин, параллельных продольной оси тепловыделяющей сборки с образованием вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки каналов прямоугольного поперечного сечения для прохода теплоносителя. При этом каналы, образованные верхней и средней группами пластин, расположены под углом 0...15° к продольной оси тепловыделяющей сборки. Каналы, образованные средней и нижней группами пластин, расположены под углом 15...25° к продольной оси тепловыделяющей сборки с наклоном, противоположным наклону каналов, образованных верхней и средней группами пластин. Верхняя и нижняя группы пластин расположены вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки с зазором. Технический результат - повышение надежности и работоспособности тепловыделяющей сборки за счет улучшения конструкции антидебрисного фильтра.

Description

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к атомной энергетике, а именно, к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известна конструкция тепловыделяющей сборки ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР- 1000 (см. 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), которая состоит из пучка твэлов 1, расположенных по треугольной сетке, закрепленных в нижней несущей решетке 7 и соединенных между собой дистанционирутощими решетками 2, закрепленными на центральной трубе 9. В ТВСА ВВЭР- 1000 дистанционирующие решетки крепятся также к уголкам 3, прикрепленным винтами 6 к хвостовику 4. В ТВС-2М дистанционирующие решетки крепятся к направляющим каналам 8. Во всех конструкциях тепловыделяющих сборок имеется головка 5 для обеспечения загрузки-выгрузки тепловыделяющей сборки.
Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора (см. патент US20090092217 от 29.05.1996, G21C3/322), содержащая головку, хвостовик, пучок твэлов, расположенных по квадратной сетке, закрепленных в несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками, фильтр в головке, предназначенный для задержания от попадания в теплоноситель конструктивных элементов тепловыделяющей сборки, например, инконелевых вставок дистанционирующих решеток в случае их разрушения и осыпания в пучок твэлов.
Функция данного фильтра аналогична функции отбойной сетки рабочей кассеты ВВЭР-440 (см. патент RU2364962 от 24.04.2008, G21C3/00), также предназначенной для задержания фрагментов конструктивных элементов тепловыделяющей сборки в случае гипотетического их разрушения.
Однако рабочая кассета имеет чехол, и наличие отбойной сетки в этом случае изолирует фрагменты тепловыделяющей сборки от попадания в контур реактора, а для тепловыделяющей сборки без чехла существует вероятность выхода их из пучка твэлов в контур реактора через зазор между тепловыделяющими сборками, что делает такое усложнение конструкции тепловыделяющей сборки не оправданным с точки зрения практического эффекта.
При этом фильтр в известной тепловыделяющей сборке не может задерживать посторонние предметы (не относящиеся к конструктивным элементам тепловыделяющей сборки) на входе в тепловыделяющую сборку, которые, как показывает практика, имеются в теплоносителе и могут приводить к повреждению конструктивных элементов тепловыделяющих сборок (например, оболочек твэлов) в процессе эксплуатации.
В рабочей кассете ядерного реактора ВВЭР-440 несущая решетка 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 минимальным диаметром 5,9 мм. и полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя. Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями с минимальным радиусом 2,95 мм., соединенными отверстием с минимальной шириной 5 мм. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5+о мм., причем по контуру каждой грани шестигранной несущей нижней решетки расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.31-35). Несущая решетка РК-3 ядерного реактора ВВЭР-440 имеет дополнительно круглые отверстия для установки несущих труб.
Аналогичную конструкцию имеет нижняя несущая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора ВВЭР- 1000, которая дополнительно имеет круглые отверстия для установки направляющих каналов.
Функционально нижняя решетка является несущим силовым элементом, удерживающим пучок твэлов в стационарном режиме и при транспортно- технологических операциях, а в тепловыделяющей сборке ядерного реактора ВВЭР- 1000 она также обеспечивает загрузку-выгрузку тепловыделяющей сборки с помощью направляющих каналов.
Существенным недостатком известных несущих решеток является возможность пропускать с потоком теплоносителя посторонние предметы больших размеров. Например, большая ширина и длина проливных отверстий штатной несущей нижней решетки позволяет пропускать в пучок твэлов посторонние цилиндрические предметы диаметром до 6,3 мм. и плоские шириной до 13,4 мм. при толщине до 5,2 мм. Несущая решетка с круглыми проливными отверстиями и несущая решетка типа «ромашка» для ТВС-2М также не обладают требуемыми антидебрисными свойствами и пропускают длинные цилиндрические посторонние предметы до размера в поперечном направлении 7,18 мм. и 6,63 мм. соответственно.
Проведенными экспериментальными исследованиями подтверждено, что существующие конструкции несущей решетки имеют эффективность задержания посторонних предметов произвольной формы 50...60 %, что как показала практика недостаточно, так как разгерметизация оболочек твэлов по этой причине составляет ~56 % от общего количества отказов.
В связи с этим возникла необходимость в оснащении тепловыделяющих сборок дополнительными антидебрисными фильтрами для улавливания посторонних предметов в теплоносителе, установленными в хвостовике тепловыделяющей сборки.
В настоящее время тепловыделяющие сборки ядерных реакторов имеют антидебрисные фильтры.
В проекте ТВС-2М для ядерного реактора ВВЭР- 1000 был разработан антидебрисный фильтр, состоящий из 12 перфорированных 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 несущие нижние решетки дополнительными прутками из проволоки 1,5...2 мм., приваренными на нижнюю поверхность решетки в районе проливных отверстий, что в условиях массового производства реализовать практически невозможно.
Данные конструкции антидебрисных фильтров были исследованы в ОАО «ЭНИЦ» и результаты исследований были представлены на 7-ой 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 антидебрисных фильтров, проведенные ОАО «ЭНИЦ», показали, что эффективность задержания посторонних предметов для антидебрисного фильтра ТВС-2М составляет 77,9%, а для антидебрисного фильтра ТВСА - 79,1%, т.е. увеличивается почти до 80 %.
При этом, однако, увеличивается и перепад давления теплоносителя на входном участке тепловыделяющей сборки в 1,45...1,65 раза по сравнению с перепадом давления на несущей нижней решетке. Известна конструкция тепловыделяющей сборки (см. патент US 5481578 от 02.01.1996, G21C3/31), фильтр которой представляет собой поле перфорированных втулок малого диаметра, установленных вдоль потока теплоносителя, при этом перфорация втулок выполнена перпендикулярно потоку. Втулки закрепляются между двумя перфорированными плитами. Функционально улавливание посторонних предметов таким фильтром осуществляется за счет смены направления потока теплоносителя и организации прохода теплоносителя через мелкие отверстия во втулках. Недостатком такой конструкции является трудоемкость изготовления, связанная с наличием большого количества мелких частей (втулок) и необходимостью их перфорации. Данная конструкция будет иметь значительное гидравлическое сопротивление вследствие того, что поток при прохождении сквозь фильтр дважды меняет свое направление на 90°.
Известна конструкция тепловыделяющей сборки (патент US 5867551 от 02.02.1999, G21C3/30), в которой фильтр конструктивно выполняет еще функции опорной плиты и представляет собой волнообразную пластину. В волнах пластины выполнены два типа пазов: в форме креста и в форме круга, разделенного на 4 сектора. К недостаткам данной конструкции можно отнести технологическую сложность изготовления плиты, которая имеет сложную пространственную форму, т.к. "волна" проходит не через все сечение плиты, а образует локальные вершины и впадины, в которых и выполнены пазы.
Известна тепловыделяющая сборка с фильтром (патент WO 98/28752 от 20.12.1996, G21C3/32), который представляет собой плиту с выполненными в ней цилиндрическими отверстиями. Для решения проблемы забивания проходных отверстий посторонними предметами в данной конструкции вдоль рядов отверстий выполнены конусные несквозные пазы, которые "захватывают" часть отверстий. При попадании посторонних предметов в такой паз он будет стремиться к центру паза, освобождая при этом площадь цилиндрического отверстия и не уменьшая проходного сечения.
Недостатком данной конструкции является то, что для повышения эффективности работы фильтра (способность улавливать более мелкие частицы) отверстия должны иметь малый диаметр. При снижении диаметра проходных отверстий увеличивается гидравлическое сопротивление тепловыделяющей сборки.
Недостатком всех известных конструкций фильтров является то, что они не могут быть изготовлены посредством механической обработки, поскольку имеют узкие щели, отверстия малого диаметра, довольно тонкие перемычки между ними, что обуславливает высокую трудоемкость их изготовления.
Наиболее близким аналогом предлагаемой тепловыделяющей сборки является тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку 5, пучок твэлов 1 и направляющие каналы 8, дистанционирующие решетки 2, антидебрисный фильтр, установленный в хвостовике 4, представляющий собой перфорированную пластину с отверстиями в виде пазов, имеющих форму символа V (RU 2264666 от 16.01.2004, G21C3/30).
Недостатком этого антидебрисного фильтра являются малая, 0,3...0,6 мм. толщина перемычек между отверстиями при толщине пластины - 6...8 мм.
Изготовление данного антидебрисного фильтра как электро-эрозионным способом, так и с помощью гидроабразивной резки приводит к большим трудозатратам.
При этом известная конструкция антидебрисного фильтра, имея довольно высокую эффективность по отношению к криволинейным посторонним предметам, практически не эффективна против посторонних предметов в форме прямолинейных стержней и плоских предметов большой ширины любой длины, имеющих толщину менее 2 мм. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является повышение эффективности антидебрисного фильтра при сохранении гидравлического сопротивления тепловыделяющей сборки на прежнем уровне.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и работоспособности тепловыделяющей сборки ядерных реакторов за счет улучшения конструкции антидебрисного фильтра.
Данный технический результат достигается тем, что тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку 5, пучок твэлов 1, дистанционирующие решетки 2 и антидебрисный фильтр 10 для задержания посторонних предметов. Антидебрисный фильтр установлен в хвостовике тепловыделяющей сборки и выполнен в виде групп прямолинейных пластин, расположенных в поперечном сечении хвостовика.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Верхняя 13 и нижняя 15 группы пластин расположены под углом к продольной оси тепловыделяющей сборки 11 и соединены средней 14 группой пластин, параллельных продольной оси тепловыделяющей сборки с образованием вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки каналов 16-17 прямоугольного поперечного сечения для прохода теплоносителя. При этом каналы, образованные верхней и средней группами пластин, расположены под углом 23 к продольной оси тепловыделяющей сборки, составляющим 0...150. Каналы, образованные средней и нижней группами пластин, расположены под углом 24 к продольной оси тепловыделяющей сборки, составляющим 15...25°, с наклоном, противоположным наклону каналов, образованных верхней и средней группами пластин.
Верхняя и нижняя группы пластин расположены вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки 11 с зазором 21.
Каналы, образованные верхней и средней группами пластин смещены относительно каналов, образованных средней и нижней группами пластин, в направлении, перпендикулярном продольной оси тепловыделяющей сборки.
Антидебрисный фильтр 10 может быть установлен в поперечном сечении хвостовика на входе или на выходе теплоносителя из хвостовика.
Поперечное сечение каналов для прохода теплоносителя в форме прямоугольника имеет высоту 2...3 мм. и ширину 7...10 мм.
Профиль каналов имеет форму ломаной прямой при общей высоте антидебрисного фильтра 10...15 мм.
Наличие у антидебрисного фильтра каналов, образованных верхней и средней группами пластин и расположенных под углом 0 _ 15° к продольной оси тепловыделяющей сборки, и каналов, образованных средней и нижней группами пластин и расположенных под углом 15...25° к продольной оси тепловыделяющей сборки с наклоном, противоположным наклону каналов, образованных верхней и средней группами пластин, расположение верхних и нижних групп пластин вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки с зазором и смещение каналов, образованных верхней и средней группами пластин, относительно каналов, образованных средней и нижней группами пластин, в направлении, перпендикулярном продольной оси тепловыделяющей сборки, обеспечивает фильтрацию посторонних прямолинейных предметов, вошедших с потоком теплоносителя 12 в каналы фильтра с дальнейшим их поворотом в каналах.
Такая конструкция антидебрисного фильтра обеспечивает повышенную эффективность против посторонних предметов в форме прямолинейных стержней и плоских предметов любой длины, имеющих толщину менее 2 мм.
Причем расположение каналов фильтра на выходе из него потока теплоносителя под меньшим углом к продольной оси тепловыделяющей сборки приводит к направлению потока теплоносителя на выходе из антидебрисного фильтра к продольной оси тепловыделяющей сборки, что способствует снижению коэффициента гидравлического сопротивления, вибрации и гидравлических нагрузок в нижней части тепловыделяющей сборки и пучка твэлов.
Толщина пластин антидебрисного фильтра составляет 0,5...1,0 мм. Пластины соединены друг с другом «паз в паз». Для увеличения прочности соединений и жесткости элементов антидебрисного фильтра пластины могут быть сварены между собой, а также с ободом 22 посредством лазерной, электронно-лучевой или аргонодуговой сварки.
Предлагаемый антидебрисный фильтр может быть выполнен из нержавеющей стали типа Х18Н10Т с использованием современной цифровой высокопроизводительной технологии газолазерной резки, освоенной в серийном производстве. Также данный антидебрисный фильтр может быть выполнен из нержавеющей стали с помощью аддитивных технологий.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена тепловыделяющая сборка ядерного реактора.
На фиг.2 изображен антидебрисный фильтр круглой формы (вид сверху) тепловыделяющей сборки.
На фиг.З изображен антидебрисный фильтр ромбической формы (вид сверху) тепловыделяющей сборки.
На фиг.4 изображен антидебрисный фильтр квадратной формы (вид сверху) тепловыделяющей сборки.
На фиг.5 изображена структура антидебрисного фильтра тепловыделяющей сборки.
На фиг.6 изображена пластина верхней группы антидебрисного фильтра тепловыделяющей сборки.
На фиг.7 изображена пластина средней группы антидебрисного фильтра тепловыделяющей сборки.
На фиг.8 изображена пластина нижней группы антидебрисного фильтра тепловыделяющей сборки. Антидебрисный фильтр состоит из пластин трех групп: верхняя группа пластин с нижними пазами 18, средняя группа пластин с двусторонними косыми пазами 19 и нижняя группа пластин с верхними пазами 20, образующие каналы 16-17 для протока теплоносителя.

Claims

Формула изобретения
1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку, пучок твэлов, дистанционирующие решетки, антидебрисный фильтр, установленный в хвостовике, отличающаяся тем, что антидебрисный фильтр выполнен в виде групп прямолинейных пластин, расположенных в поперечном сечении хвостовика, верхняя и нижняя группы пластин расположены по углом к продольной оси тепловыделяющей сборки и соединены средней группой пластин, параллельных продольной оси тепловыделяющей сборки с образованием вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки каналов прямоугольного поперечного сечения, при этом каналы, образованные верхней и средней группами пластин, расположены под углом 0...15° к продольной оси тепловыделяющей сборки, каналы, образованные средней и нижней группами пластин, расположены под углом 15...25° к продольной оси тепловыделяющей сборки с наклоном, противоположным наклону каналов, образованных верхней и средней группами пластин, верхняя и нижняя группы пластин расположены вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки с зазором, каналы, образованные верхней и средней группами пластин смещены относительно каналов, образованных средней и нижней группами пластин, в направлении, перпендикулярном продольной оси тепловыделяющей сборки.
2. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1, отличающаяся тем, что антидебрисный фильтр выполнен из нержавеющей стали с использованием газолазерной резки.
3. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора по п.1 , отличающаяся тем, что антидебрисный фильтр выполнен из нержавеющей стали с использованием аддитивных технологий.
PCT/RU2017/000999 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора WO2019132697A1 (ru)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000999 WO2019132697A1 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
UAA201911488A UA124597C2 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2020119807A RU2742042C1 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
EA201900481A EA038791B1 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
US16/618,023 US11437154B2 (en) 2017-12-28 2017-12-28 Nuclear fuel assembly having a filter for retention of foreign objects in the coolant
CN201780091256.XA CN111095431B (zh) 2017-12-28 2017-12-28 核反应堆燃料组件
EP17936879.0A EP3734614A4 (en) 2017-12-28 2017-12-28 NUCLEAR FUEL BUNDLES
ZA2019/07837A ZA201907837B (en) 2017-12-28 2019-11-26 Nuclear reactor fuel assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000999 WO2019132697A1 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019132697A1 true WO2019132697A1 (ru) 2019-07-04

Family

ID=67067982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000999 WO2019132697A1 (ru) 2017-12-28 2017-12-28 Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11437154B2 (ru)
EP (1) EP3734614A4 (ru)
CN (1) CN111095431B (ru)
EA (1) EA038791B1 (ru)
RU (1) RU2742042C1 (ru)
UA (1) UA124597C2 (ru)
WO (1) WO2019132697A1 (ru)
ZA (1) ZA201907837B (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111672859B (zh) * 2020-05-28 2022-03-22 清华大学 用于高温气冷堆的收屑装置
CN112792745A (zh) * 2020-12-29 2021-05-14 中核建中核燃料元件有限公司 一种防屑板水刀切割制造方法
CN115295177B (zh) * 2022-07-07 2024-03-19 中国核动力研究设计院 基于过滤棒结构的核燃料组件下管座及过滤组件和应用
CN115206557B (zh) * 2022-07-07 2024-01-30 中国核动力研究设计院 一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座及过滤组件
FR3140704A1 (fr) * 2022-10-07 2024-04-12 Framatome Filtre anti-débris pour embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire avec passages à déflexion variable
CN115588518B (zh) * 2022-10-10 2024-03-19 中国核动力研究设计院 一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481578A (en) 1994-06-24 1996-01-02 General Electric Company Perforated tube debris catcher for a nuclear reactor
WO1998028752A1 (en) 1996-12-20 1998-07-02 Abb Atom Ab A filter for a nuclear fuel assembly
US5867551A (en) 1996-09-13 1999-02-02 Nuclear Fuel Industries, Ltd. Nuclear fuel assembly for pressurized water reactor
RU2264666C2 (ru) 2004-01-16 2005-11-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора
US20090092217A1 (en) 2007-08-31 2009-04-09 Global Nuclear Fuel - Americas, Llc Method to shield nuclear fuel assembly with removable debris shield in upper tie plate
RU2364962C1 (ru) 2008-04-24 2009-08-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Отбойная решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора
US7787584B2 (en) * 2008-12-26 2010-08-31 Korea Nuclear Fuel Co., Ltd Debris filtering bottom spacer grid with louvers for preventing uplift of fuel rods
US8317035B2 (en) * 2004-12-30 2012-11-27 Global Nuclear Fuel-Americas, Llc. Debris filter
RU2610716C1 (ru) * 2015-12-09 2017-02-15 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4634525A (en) * 1984-10-04 1987-01-06 Westinghouse Electric Corp. Loose parts filter
FR2669459B1 (fr) * 1990-11-20 1994-02-04 Framatome Embout inferieur filtrant pour un assemblage combustible d'un reacteur nucleaire refroidi par de l'eau legere.
JP3977969B2 (ja) * 1999-11-17 2007-09-19 株式会社日立製作所 燃料集合体
SE521610C2 (sv) * 2001-01-22 2003-11-18 Westinghouse Atom Ab Filter och bränslepatron för en nukleär anläggning av lättvattentyp
SE518705C2 (sv) * 2001-03-20 2002-11-05 Westinghouse Atom Ab Filter och bränslepatron för en nukleär anläggning av lättvattentyp
TW557450B (en) * 2001-07-16 2003-10-11 Toshiba Corp Fuel supporting attachment, fuel inlet mechanism, and fuel assembly
JP4346842B2 (ja) * 2001-08-15 2009-10-21 三菱重工業株式会社 Ｐｗｒ原子炉用燃料集合体の異物フィルタ
US7497257B2 (en) * 2006-05-04 2009-03-03 Purolator Facet, Inc. Particle control screen with depth filtration
WO2010007544A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Anti-scatter grid
US20130248434A1 (en) * 2010-12-03 2013-09-26 Nuclear Fuel Industries, Ltd. Debris filter
EP2525362A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-21 Areva NP Debris filter for nuclear reactor installation and nucluar fuel assembly comprising such a debris filter
RU2542324C1 (ru) * 2013-09-27 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2540981C1 (ru) * 2013-09-27 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
CN107709890A (zh) * 2015-05-26 2018-02-16 太阳能焦耳知识产权控股有限公司 对加热、通风和空调系统的改进
RU2610913C1 (ru) * 2016-03-17 2017-02-17 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
US10923237B2 (en) * 2017-08-28 2021-02-16 Global Nuclear Fuel—Americas, LLC Debris filters for nuclear fuel assembly and method of using the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481578A (en) 1994-06-24 1996-01-02 General Electric Company Perforated tube debris catcher for a nuclear reactor
US5867551A (en) 1996-09-13 1999-02-02 Nuclear Fuel Industries, Ltd. Nuclear fuel assembly for pressurized water reactor
WO1998028752A1 (en) 1996-12-20 1998-07-02 Abb Atom Ab A filter for a nuclear fuel assembly
RU2264666C2 (ru) 2004-01-16 2005-11-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора
US8317035B2 (en) * 2004-12-30 2012-11-27 Global Nuclear Fuel-Americas, Llc. Debris filter
US20090092217A1 (en) 2007-08-31 2009-04-09 Global Nuclear Fuel - Americas, Llc Method to shield nuclear fuel assembly with removable debris shield in upper tie plate
RU2364962C1 (ru) 2008-04-24 2009-08-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Отбойная решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора
US7787584B2 (en) * 2008-12-26 2010-08-31 Korea Nuclear Fuel Co., Ltd Debris filtering bottom spacer grid with louvers for preventing uplift of fuel rods
RU2610716C1 (ru) * 2015-12-09 2017-02-15 Публичное акционерное общество "Машиностроительный завод" Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. DEMENTIEV, NUCLEAR POWER REACTORS. M.: ENERGOATOMIZDAT, 1990, pages 31 - 35

Also Published As

Publication number Publication date
EP3734614A1 (en) 2020-11-04
EA201900481A1 (ru) 2021-01-27
EA038791B1 (ru) 2021-10-20
US20200343007A1 (en) 2020-10-29
CN111095431A (zh) 2020-05-01
UA124597C2 (ru) 2021-10-13
ZA201907837B (en) 2022-03-30
CN111095431B (zh) 2023-09-19
EP3734614A4 (en) 2021-12-01
US11437154B2 (en) 2022-09-06
RU2742042C1 (ru) 2021-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019132697A1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
KR920000322B1 (ko) 파편 포획 스트레이너 그리드
KR100887054B1 (ko) 원자로의 연료집합체용 감소된 압력강하를 갖는 파편 필터링 하부노즐
EP0422950A1 (en) Nuclear fuel assembly with debris filter
EP0620558B2 (en) Debris catching grid construction for a fuel bundle of a boiling water reactor
US6421407B1 (en) Nuclear fuel spacer grid with dipper vanes
JPH04230892A (ja) 燃料集合体の破片フィルタ
US20050276367A1 (en) Fuel supporting attachment and fuel inlet mechanism
JP2006071626A (ja) 原子炉の燃料集合体、及び核燃料集合体用のグリッド
EP2642488B1 (en) Bottom nozzle filter device and debris-resistant bottom nozzle using the device
EP0655746A1 (en) Strainers for boiling water reactors
JPH0816714B2 (ja) 蒸気分離器付きスペーサ及びその構築方法
RU2627307C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2473989C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
KR102413698B1 (ko) 경사진 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
RU2610913C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2610716C1 (ru) Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора
RU2805363C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2264666C2 (ru) Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора
WO2021075993A1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2622112C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2623580C1 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
RU2448376C1 (ru) Структура пластинчатой решетки для тепловыделяющей сборки
RU2765636C1 (ru) Устройство для улавливания твердых частиц в тепловыделяющей сборке ядерного реактора

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17936879

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017936879

Country of ref document: EP

Effective date: 20200728

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 519410714

Country of ref document: SA