Тепловидільна зборка водо-водяного енергетичного ядерного реактора

1 Тепловидільна зборка водо-водяного енергетичного ядерного реактора, яка включає розміщені по довжині зборки дистанціювальні ґрати для гексагонального пучка тепловидільних елементів, опорні елементи у вигляді кутових пластин, жорстко з'єднаних з дистанціювальними ґратами і хвостовою частиною, і напрямні канали, що проходять крізь частину комірок у дистанціювальних ґратах, яка відрізняється тим, що на напрямних каналах з гарантованим зазором не більше 1,5 мм відносно торців дистанціювальних ґрат установлені втулки, що мають у плані переріз, розмір якого перевищує вписаний діаметр комірок, причому в перших за ходом теплоносія дистанціювальних ґратах втулки розташовані з боку нижнього торця, а на інших дистанціювальних ґратах втулки розміщені з боку верхнього торця 2 Тепловидільна зборка водо-водяного енергетичного реактора за п 1, яка відрізняється тим, що втулки виконані розрізними і з буртиком, діаметр якого більше вписаного діаметра комірки дистанціювальних ґрат 3 Тепловидільна зборка водо-водяного енергетичного реактора за п 1 чи п 2, яка відрізняється тим, що принаймні на частині напрямних каналів, біля торців, протилежних торцям, в яких розміщені основні втулки, установлені додаткові втулки, причому сума величин зазорів між торцями ґрат і основною та додатковою втулками становить не більше 1,5 мм О 00 (О со (О Винахід відноситься до області ядерної техніки та технології І може бути використаний при конструюванні та виготовленні тепловидільних зборок (ТВЗ) для ядерних енергетичних реакторів водо-водяного типу, особливо для реакторів типу ВВЕР-1000 Однією З ОСНОВНИХ функцій ТВЗ є закріплення і дистанціювання тепловидільних елементів (твелів) При конструюванні і виготовленні ТВЗ необхідно забезпечити надійне кріплення твелів, збереження необхідних зазорів між ними і можливість розширення при нагріванні в будь-яких заданих режимах роботи реактора, Дистанціювання повинно бути таким, щоб оболонки твелів не руйнувалися внаслідок їх стирання при вібрації від руху теплоносія Крім цього, за допомогою ТВЗ організується потік теплоносія в активній зоні реактора Стрижневі твели кріпляться з одного боку до кінцевих деталей, які звичайно є ґратами з отворами для наконечників твелів, розташування яких відповідає розташуванню твелів в поперечному перерізі ТВЗ, і для проходу теплоносія Заданий крок розташування твелів забезпечується дистанціювальними ґратами, розташованими по довжині ТВЗ Вказані ґрати бувають різнотипними, але усі складаються з окремих комірок, з'єднаних у єдину конструкцію, в яких твели фіксуються чи то пружними елементами, чи то за рахунок натягу дистанціювальних виступів комірки на твелах В залежності від типу реактора пучки твелів можуть бути поміщені до кожуха, який утворює тракт теплоносія, або встановлюватися в реактор без кожуха В канальних реакторах, де тракт теп ю 56368 лоносія утворюється каналом, ТВЗ виконані без ловидільної зборки в цілому, кутові пластини не корпуса В корпусних водо-водяних реакторах ТВЗ забезпечують достатню жорсткість в центральній також не завжди мають кожух області ТВЗ, особливо в дистанціювальних ґратах Центральні області дистанціювальних ґрат зазнаВідома конструкція ТВЗ ядерного енергетичноють помітного деформуючого впливу висхідного го реактора, яка включає гексагональний у попепотоку теплоносія При цьому центральні області речному перерізі пучок твелів, розміщений у роздистанціювальних ґрат, не закріплені жорстко, ташованих по довжині зборки дистанціювальних зазнають значних згинаючих деформацій під дією ґратах, головну та хвостову частини, з'єднані ЗОВпотоку теплоносія НІШНІМ чохлом, що має гексагональний поперечний переріз (Крамеров А Я , Вопросы конструиПри експлуатації ТВЗ такої конструкції, рования ядерных реакторов, М , Атомиздат, центральні комірки дистанціювальних ґрат, що 1971г, с 198) мають можливість переміщення уздовж пучка твелів, спричинюють її прогин уздовж осі тепловидіНаявність чохла забезпечує необхідну МІЦНІСТЬ льної зборки І жорсткість ТВЗ, однак чохол вносить додаткову масу металу в активну зону і збільшує теплове Експериментальні дослідження показали, що навантаження твелів за рахунок змушеного збільзміна профілю поперечного переріза дистанціювашення кроку між ТВЗ, оскільки залишається менше льних ґрат викликає збільшення зусилля перемітвелів в одиниці об'єму активної зони реактора щення твелів в комірках, що приводить до їх пеКрім того, чохол збільшує нерівномірність енергоредчасного руйнування і виходу з ладу усієї ТВЗ виділення по перерізу ТВЗ Підвищення зусилля закріплення твелів в комірках, з одного боку, трохи зменшить деформаВідома конструкція ТВЗ, у якої в чохлі передцію дистанціювальних ґрат, але, з іншого боку, бачені отвори, розташовані по всій довжині і шинавіть незначна деформація ґрат значно підвирині грані чохла, чи вікна по довжині грані чохла щить деформацію власне твела і призведе до не(FR 2606200, G 21 С 3/30, 1988) Наявність отворів можливості його переміщення відносно стінок кочи вікон у гранях чохла помітно зменшує величину мірки В результаті має місце так зване додаткової маси металу, внесеного в активну зону, «закушування» твела але не знижує лінійне теплове навантаження твелів, а нерівномірність енерговиділення по довжині Зниження деформації твела можливо шляхом ТВЗ навіть зростає, що приводить до збільшення зменшення ступеня фіксації твела в комірці Але у термічних деформацій у конструкції тепловидільцьому випадку збільшується деформація дистанної зборки ціювальних ґрат, оскільки центральні комірки вільно переміщаються уздовж поверхні твелів В свою Відома конструкція ТВЗ, у якій не передбачена чергу, дане явище збільшує деформацію твела наявність чохла, а головна і хвостова частини з'єднані напрямними каналами, що проходять Крім того, при вивантаженні відпрацьованих крізь комірки дистанціювальних ґрат (див Краметепловидільних зборок після закінчення ресурсу ров А Я , Вопросы конструирования ядерных реакфункціонування твелів, вся маса твелів діє на ниторов, М , Атомиздат, 1971 г, с 204) жні дистанціювальні ґрати, створюючі ІСТОТНІ деформуючі зусилля, які приводять до випинання Відсутність додаткової маси металу дає можцентральних комірок, що також може призвести до ливість зменшити крок розміщення ТВЗ, що змендеформації твелів та їх руйнування Тим більше, шує нерівномірність тепловиділення у ТВЗ і ЛІНІЙНІ що наприкінці експлуатації МІЦНІСНІ характеристики навантаження на твел Однак, відсутність чохла знижені внаслідок радіаційного розбухання палиприводить до помітного зниження МІЦНОСТІ і порува, газовиділення, температурного впливу, «сташення геометрії ТВЗ в процесі експлуатації Під ріння» матеріалу оболонки під дією іонізуючого впливом висхідного потоку теплоносія відбуваєтьопромінення ся скривлення напрямних каналів і переміщення дистанціювальних ґрат, що приводить до скривТаким чином, у ВІДОМІЙ тепловидільній зборці лення твелів і зміни кроку їх розташування у ТВЗ твели зазнають постійних деформуючих навантаУсе це свідчить про недостатню жорсткість і СТІЙжень, рівень яких неможливо істотно знизити КІСТЬ такої конструкції ТВЗ, що істотно знижує безЗадачею винаходу є створення і розробка тепеку роботи ядерного реактора пловидільної зборки водо-водяного енергетичного ядерного реактора, яка має підвищену надійність, Найбільш близькою за технічною сутністю до МІЦНІСТЬ і жорсткість описуваної є тепловидільна зборка водо-водяного енергетичного ядерного реактора, яка включає У результаті рішення даної задачі можуть бути розміщені по довжині зборки дистанціювальні ґраодержані нові технічні результати, які полягають в ти для гексагонального пучка тепловидільних тому, що знижується деформація дистанціювальелементів, опорні елементи у вигляді кутових планих ґрат і твелів при їх взаємодії, підвищується стин, жорстко з'єднаних з дистанціювальними ґраступінь рівномірності розподілу механічних навантами і хвостовою частиною, та напрямні канали, тажень між вузлами та елементами конструкції, що проходять крізь частину комірок у дистанціюзменшується формозміна всієї тепловидільної вальних ґратах (RU 2093906,021 С 3/30 1997) зборки в цілому та и окремих елементів Опорні елементи, виконані у вигляді кутових Дані технічні результати досягаються тим, що пластин, суттєво підвищують МІЦНІСТЬ І жорсткість в тепловидільній зборці водо-водяного енергетичТВЗ за рахунок створення коробчастої конструкції, ного ядерного реактора, яка включає розміщені по не вносячи при цьому помітної КІЛЬКОСТІ додаткодовжині зборки дистанціювальні ґрати для гексавого металу в активну зону гонального пучка тепловидільних елементів, опорні елементи у вигляді кутових пластин, жорстко Однак, збільшуючи МІЦНІСТЬ І жорсткість теп 56368 дільної зборки, на фіг 2 показаний фрагмент поздовжнього перерізу, на фіг 3 приведена частина поперечного переріза, на фіг 4 показаний загальний вид втулки Тепловидільна зборка включає розміщені по довжині зборки дистанціювальні ґрати 1 для гексагонального пучка тепловидільних елементів 2 Ґрати 1 можуть бути виконані з цирконієвого сплаву Головна 3 і хвостова 4 частини зборки, виготовлені з нержавіючої сталі, з'єднані напрямними каналами 5, виготовленими з цирконієвого сплаву, причому головна частина 3 підпружинена відносно напрямних каналів 5 В кутах зборки по и довжині від хвостової частини 4 до верхніх дистанціювальних ґрат 6 встановлені опорні елементи у вигляді кутових пластин 7 Пластини 7 можуть бути виконані з цирконієвого сплаву, який має радіаційну СТІЙКІСТЬ Пластини 7 жорстко з'єднані, наприклад зварюванням, з дистанціювальними ґратами 1, а також жорстко з'єднані, наприклад гвинтами, із хвостовою частиною 4 Напрямні канали 5 проходять крізь частину комірок (на кресленнях не показані) у дистанціювальних ґратах Форма комірок та їх конструкція можуть бути найрізноманітнішими На напрямних каналах 5 установлені з гарантованим зазором відносно торцевих поверхонь дистанціювальних ґрат втулки 8 Втулки 8 мають у плані Втулки необхідно встановлювати з гарантовапереріз, розмір якого перевищує вписаний діаметр ним зазором відносно торцевих поверхонь дистакомірок для того, щоб втулки не могли проходити нціювальних ґрат, оскільки при жорсткому їх з'єдусередину порожнини комірки Втулки 8 можуть нанні з торцями утворюється статично бути виконані з буртиком 9, діаметр якого більше невизначена система, в якій можливі значні концевписаного діаметра комірки, і мати розріз 10, що нтрації напруг забезпечує при монтажі вільне переміщення втуГарантований (який має мінімальне значення, лок уздовж напрямних каналів Після установки що дорівнює нулю) зазор між втулками і торцями втулки на напрямному каналі здійснюється її фікпередбачає своєрідну шарнірну взаємодію між сація зварюванням відносно напрямного каналу втулками і торцями, що дозволяє більш рівномірно Гарантований зазор 5о між втулкою і торцевою перерозподілити напруга, які виникають в елеменповерхнею дистанціювальних ґрат не повинен тах зборки й утворити більш міцний каркас Експеперевищувати 1,5мм У противному випадку мариментально встановлено, що зазор не повинен ють місце ІСТОТНІ деформації і скривлення дистанперевищувати 1,5мм, оскільки в протилежному ціювальних ґрат випадку має місце неприпустима деформація дистанціювальних ґрат У перших за ходом теплоносія дистанціювальСуттєвим є також установка втулок під нижнім них ґрат 11 опорні втулки розташовані з боку нижторцем перших за ходом теплоносія ґрат, тому що нього торця, а на інших дистанціювальних ґратах найбільшої деформації дані ґрати зазнають при втулки розміщені з боку верхнього торця Вказане вивантаженні зборки, сприймаючи всю масу тверозташування втулок обумовлене таким При екслів Наявність втулок під нижнім торцем перших за плуатації зборки потік теплоносія чинить істотну ходом теплоносія ґрат не дозволяє їй деформувадію на дистанціювальні ґрати, що приводить до їх тися при перевантаженні тепловидільної зборки деформації Оскільки ПОТІК теплоносія спрямоваПри цьому напруги, що виникають в елементах ний знизу угору, то і скривлення ґрат спрямоване конструкції, будуть більш рівномірно перерозподіугору Тому для створення додаткових опор, що лені між вузлами зборки перешкоджають деформації ґрат, втулки розташовані над верхніми торцями у всіх ґрат, крім перших Крім того, втулки можуть бути виконані розрізза ходом теплоносія Перші за ходом теплоносія ними і з буртиком, діаметр якого більше вписаного ґрати 11 зазнають істотного напруження при передіаметра комірки дистанціювальних ґрат вантаженні зборки, тому що при русі зборки угору Доцільно також принаймні на частині напрямґрати 11 сприймають всю масу тепловидільних них каналів у торців, протилежних торцям, в яких елементів розміщені основні втулки, установити додаткові втулки, причому сума величин зазорів між торцями Крім основних втулок 8, дистанціювальні ґрати ґрат і основною та додатковою втулками повинна можуть мати додаткові опорні поверхні на торцях, бути не більше 1,5мм протилежних торцям, з боку яких розміщені основні втулки 8 Для цього можуть бути встановлені з Вказані переваги, а також особливості даного гарантованим зазором відносно торця ґрат додатвинаходу пояснюються кращим варіантом його кові втулки 12 Причому, додаткові втулки 12 моздійснення з посиланнями на прикладені кресленжуть бути встановлені на напрямних каналах так, ня що утвориться пара основна втулка 8 і додаткова На фіг 1 зображений загальний вид тепловиз'єднаних з дистанціювальними ґратами і хвостовою частиною, і напрямні канали, що проходять крізь частину комірок у дистанціювальних ґратах, на, принаймні, частині напрямних каналів з гарантованим зазором не більше 1,5 мм відносно торців дистанціювальних ґрат встановлені втулки, що мають у плані переріз, розмір якого перевищує вписаний діаметр комірок, причому у перших за ходом теплоносія дистанціювальних ґрат втулки розташовані з боку нижнього торця, а на інших дистанціювальних ґратах втулки розміщені з боку верхнього торця Відмітна ознака даного винаходу полягає в такому Наявність на принаймні частині напрямних каналів втулок, які виконують функцію опор для дистанціювальних ґрат, значно зменшує формозміну дистанціювальних ґрат Для цього втулки повинні бути жорстко з'єднані з напрямними каналами так, щоб напрямні канали сприймали механічні навантаження, що виникають у дистанціювальних ґратах Втулки будуть виконувати функцію опор для дистанціювальних ґрат за умови, що розмір перерізу втулок у плані перевищує вписаний діаметр комірки Інакше втулка може контактувати з порожниною комірки, що насувається на втулку втулка 12, розташовувані на якому-небудь каналі з боку протилежних торців одних ґрат Але додаткові втулки можуть бути встановлені на якомунебудь каналі без наявності основної втулки Додаткові втулки 12 сприяють зниженню деформації ґрат, оскільки при наявності основних втулок 8 під час експлуатації зборки можливий перерозподіл напружень по перерізу ґрат і деформація частини и комірок у нижньому напрямку Втулки 12 дозволяють уникнути даного негативного моменту Але в цьому випадку вищевказаний ефект буде досягнутий за умови, що сума величини зазору 5і між основною втулкою 8 і торцем ґрат і величини зазору 5г між додатковою втулкою 12, встановлюваних у парі, не повинна перевищувати величини зазору 5о -1,5 мм Описувана тепловидільна зборка функціонує в такий спосіб При експлуатації реактора тепловидільна зборка механічно навантажується зверху в осьовому напрямку для запобігання її спливання ІГ.1 56368 8 При розігріві всієї конструкції до робочих температур виявляється термомеханічне навантаження зборки Кутові пластини 7 разом із хвостовою частиною 4 і дистанціювальними ґратами 1 утворюють досить жорсткий каркас, що перешкоджає деформації зборки і скривленню напрямних каналів, у яких можуть переміщатися регулювальні органи (на кресленні не показані) Деформації, що виникають при цьому в дистанціювальних ґратах у площині, паралельній її торцям, компенсуються основними втулками 8 і додатковими втулками 12 При цьому за рахунок більш рівномірного розподілу навантажень на елементи зборки утворюється монолітна конструкція Таким чином, описувана тепловидільна зборка може бути виготовлена з використанням відомих засобів Використання даної тепловидільної зборки дозволить істотно підвищити СТІЙКІСТЬ пучка твелів і твердість конструкції в цілому Фіг.2 11 56368 12 ФІг.З Фіг.4 Підписано до друку 05.06.2003 р. Тираж 39 прим. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул. Артема, 77, м. Київ, 04050, Україна (044)236-47-24