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Durante la fabricación y las subsiguientesoperaciones de instalación y reparación de los componentesque constituyen un sistema de circulación de refrigerantede reactor nuclear, se hacen grandes esfuerzos para asegurarla eliminación de todos los residuos de la vasija delreactor y de sus sitemas asociados que hacen circular elrefrigerante en las diversas condiciones de funcionamiento.Aunque se utilizan procedimientos elaborados para ayudar aeliminar los residuos, la experiencia demuestra que a pesarde las precauciones empleadas para efectuar esta eliminación,algunas virutas y partículas metálicas permanecen ocultasen los sistemas.
During manufacture and subsequent installation and repair of components comprising a nuclear reactor coolant circulation system, a diligent effort is made to help assure the removal of all debris from the reactor vessel and its associated systems which circulate coolant therethrough under various operating conditions.
La mayoría de los residuos consisten en virutasmetálicas que se dejaron probablemente en el sistemaprimario después de reparar o cambiar el generador de vapor.
Most of the debris consists of metal turnings which were probably left in the primary system after steam generator repair or replacement.
Durante los últimos años se ha observado envarios reactores, deterioraciones de los conjuntos de combustibledebidas a residuos retenidos en la reja inferior.Los residuos penetran a través de los agujeros de circulaciónde la tobera de fondo del conjunto de combustible apartir de los orificios de circulación de refrigerante formadosen la placa inferior de soporte de núcleo cuando sepone en servicio la instalación.
Debris enters through the fuel assembly bottom nozzle flow holes from the coolant flow openings in the lower core support plate when the plant is started up.
Los residuos tienden a alojarseen la reja inferior del conjunto de combustible, dentrode los espacios formados entre las paredes de las célulasen forma de "caja de huevos" de la reja y las partes deextremidad inferior de los tubos de varilla de combustible.La deterioración consiste en perforaciones del tubo de varillade combustible producidas por el roce de los residuosen contacto con la parte externa del tubo.
The debris tends to become lodged in the lowermost support grid of the fuel assembly within the spaces between the "egg-crate" shaped cell walls of the grid and the lower end portions of the fuel rod tubes.
Los residuos puedentambién quedar atascados en los agujeros de la placade tobera y la circulación de refrigerante hace que los residuosgiren y ataquen el revestimiento de las barras decombustible.
Debris may also become entangled in the nozzle plate holes and the flowing coolant causes the debris to gyrate which tends to cut through the cladding of the fuel rods.
Varios procedimientos diferentes han sido propuestosy han sido probados para realizar la eliminación deresiduos de reactores nucleares, como se describe en lapatente U.S., na 4.096.032 y en las publicaciones de patenteeuropea, nº 184219, nº 0196611 y nº 0213813.
Several different approaches have been proposed and tried for carrying out the removal of debris from nuclear reactors, such as described in U.S. Patent 4,096,032, and in E.P. Publications No. 0184219, No. 0196611 and No. 0213813.
La presente invención proporciona un conjuntode combustible que tiene una tobera de fondo del tipo defiltro de residuos que incluye una placa de tobera provistade agujeros de circulación más pequeños, pero más numerososque los que se han utilizado hasta la fecha, siendo dichosagujeros de circulación más pequeños que cualesquiera delos espacios no ocupados o libres a través de la reja inferior.Los agujeros de circulación, que tienen cada uno undiámetro preferentemente inferior a 5 mm aproximadamente,están dimensionados para retener los residuos de tamaño capazde producir deterioraciones y que, sin la presencia delfiltro se acumularían principalmente en las secciones situadasentre la tobera de fondo y la reja más baja, con la posibilidadde producir fallos debidos al desgaste de las barrasde combustible.
The present invention provides a fuel assembly having a debris-filter bottom nozzle which includes a nozzle plate having smaller but more flow holes than used heretofore and which flow holes are smaller than any of the unoccupied or free spaces through the lowermost grid.
De manera imprevista, este concepto deformación de agujeros de circulación más pequeños y más numerososreduce la pérdida de carga a través de la tobera defondo del tipo de filtro de residuos, en comparación conlas toberas de fondo de tipo convencional provistas de filtrosde residuos, aunque la superficie de circulación totala través de la tobera de fondo de acuerdo con la invenciónpuede ser inferior a la superficie de circulación total através de las tobreras de fondo de tipo convencional.
The flow holes, each preferably less than about 5 mm in diameter, are sized to filter out debris of damage-inducing size which otherwise would collect primarily in the sections between the bottom nozzle and the lowermost grid, and in the unoccupied spaces of the lowermost grid, and there could cause fuel rod fretting failures.Unexpectedly, this concept of providing smaller and more flow holes reduces the pressure drop through the debris filter bottom nozzle, as compared to conventional bottom nozzles with debris filters, even though the total flow area through the bottom nozzle embodying the invention may be less than the total flow area through the conventional bottom nozzles.
Se hacomprobado que esto es debido al hecho de que la configuraciónde agujeros de circulación más pequeños, pero más numerososen la tobera de fondo del tipo de filtro de residuosde acuerdo con la invención proporciona, directamente encimade los agujeros de circulación de entrada de refrigeranteformados en la placa de núcleo inferior del reactor, unasuperficie de circulación notablemente más importante quelas configuraciones de agujeros de circulación de mayor diámetro,pero menos numerosos que existen en las toberas defondo de tipo tradicional.
This has been found to be due to the fact that the pattern of smaller but more flow holes in the debris-filter bottom nozzle according to the invention provides a significantly larger flow area directly above the coolant inlet flow holes in the lower core plate of the reactor than do the patterns of larger but fewer flow holes in conventional bottom nozzles.
La presente invención proporciona un conjuntode combustible que tiene una tobera de fondo de tipo de filtrode residuos dispuesta en una posición adyacente a la rejay por debajo de la misma, y bajo las extremidades inferioresde las barras de combustible, incluyendo dicha toberade fondo del tipo de filtro de residuos: (a) un medio desoporte adaptado para descansar sobre una placa de núcleoinferior de un reactor nuclear; y (b) una placa de toberafijada en el medio de soporte y que está orientada hacia lareja inferior y presenta a través de ella, sólo una pluralidadde orificios de circulación que, cada uno, tiene un diámetroinferior a la dimensión de sección transversal máximade cualquier espacio no ocupado a través de la reja inferiora través del cual el refrigerante líquido puede circular,siendo la disposición tal que todos los residuos arrastradospor el refrigerante líquido y suficientemente pequeños parapasar a través de los orificios de circulación, pasarántambién a través de los espacios de reja no ocupados,mientras que los residuos arrastrados por el refrigerantelíquido y de un tamaño excesivo para pasar a través de losespacios no ocupados de la reja no podrán pasar a través delos orificios de circulación.
The present invention provides a fuel assembly having a debris-filter bottom nozzle disposed adjacent to and below the grid and below the lower ends of the fuel rods, and which debris-filter bottom nozzle comprises: (a) support means adapted to rest on a lower core plate of a nuclear reactor; and (b) a nozzle plate fixed on the support means facing toward the lowermost grid and having defined therethrough only a plurality of flow apertures each of which is smaller in diameter than the maximum cross-sectional dimension of any unoccupied space through the lowermost grid through which liquid coolant can flow, the arrangement being such that any debris carried by the liquid coolant and small enough to pass through the flow apertures will also pass through the unoccupied grid spaces, whereas any debris carried by the liquid coolant and so large as not to pass through the unoccupied grid spaces will not pass through the flow apertures.
Más particularmente, los orificios de circulacióntienen la forma de agujeros de circulación circulares yde sección transversal uniforme.
More particularly, the flow apertures are in the form of circular flow holes and uniform in cross-sectional size.
Preferentemente, los agujerosde circulación tienen un tamaño inferior a 5 mm y estánformados con una densidad de aproximadamente 2,5 por cm2 (16 por pulgada2).
Preferably, the flow holes are less than 5 mm in diameter and are packed in a density of about 16 per square inch (2.5 per cm<2>).
Preferentemente, los agujeros tienen undiámetro de 4,8 mm +/-0,2 mm. Las zonas de unión o seccionesde la placa de tobera que están situadas entre los agujerosde circulación tienen una dimensión máxima de 2,5 mm.Además, los agujeros de circulación tienen cada uno un orificiode entrada cónico largo de aproximadamente 3, 5 mm delongitud y que forma un ángulo de aproximadamente 12 a 15grados respecto al eje central de dicho aguero.
Preferably, the holes are 4.8 mm +/- 0.2 mm in diameter.
Por otraparte, la mayoría de los agujeros de circulación están formadosa través de la placa de tovera en emplazamientos situadosdirectamente encima de los orificios de circulaciónde entrada de la placa de núcleo inferior.
The ligaments or sections of the nozzle plate extending between the flow holes have a maximum dimension of 2.5 mm.
la figura 2 es una vista en planta de la partesuperior de una tobera de fondo de tipo convencional,que ilustra la configuración de agujeros de circulación relativamenteamplios en su placa;
Further, the flow holes each have a long taper inlet chamfer of about 3.5 mm in length and forming an angle of about 12 to 15 degrees with respect to a central axis of said hole.
la figura 3 es una vista similar en planta dela parte superior de la tobera de fondo del tipo de filtrode residuos de acuerdo con la invención, que representa laconfiguración de agujeros de circulación relativamente pequeñosformados en su placa;
Furthermore, the majority of flow holes are formed through the nozzle plate at locations directly above the inlet flow openings of the lower core plate.
la figura 10 es una vista parcial en seccióntransversal, ampliada de una parte de extremidad inferiorde una de las barras de combustible del conjunto de combustiblede la figura 1.
A preferred embodiment of the invention will now be described, by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is an elevational view, partly in section, of a fuel assembly incorporating a debris-filter bottom nozzle according to the invention, the fuel assembly being shown in vertically foreshortened form and with parts broken away for clarity; Figure 2 is a top plan view of a conventional bottom nozzle showing the pattern of relatively large flow holes in its plate; Figure 3 is a similar top plan view of the debris-filter bottom nozzle embodying the invention, showing the pattern of relatively small flow holes in its plate; Figure 4 is an enlarged fragmentary portion of the plate of the debris-filter bottom nozzle shown in Figure 3; Figure 5 is an enlarged bottom plan view of a fragmentary portion of the lowermost grid of the fuel assembly shown in Figure 1; Figure 6 is an enlarged top plan view of the upper left hand corner of the debris-filter bottom nozzle of Figure 3; Figure 7 is an enlarged cross-sectional view of one of the flow holes in the debris-filter bottom nozzle as taken along line 7-7 of Figure 6; Figure 8 is an enlarged cross-sectional view of the instrumentation tube hole in the debris-filter bottom nozzle, as taken along line 8-8 of Figure 6; Figure 9 is an enlarged cross-sectional view of one of the guide thimble holes in the debris-filter bottom nozzle as taken along line 9-9 of Figure 6; and Figure 10 is an enlarged fragmentary axial cross-sectional view of a lower end portion of one of the fuel rods in the fuel assembly of Figure 1.
En la descripción que sigue, se utilizan caracteresde referencia idénticos para designar elementosidénticos o correspondientes de las diversas vistas de losdibujos, y los términos tales como "hacia adelante", "haciaatrás", "izquierda", "derecha", "hacia arriba", "hacia abajo",y parecidos se utilizan a título de conveniencia y notienen ningún carácter limitativo.
In the following description, like reference characters designate like or corresponding parts throughout the various views of the drawings, and terms such as "forward", "rearward", "left", "right", "upwardly", "downwardly", and the like are employed as words of convenience not to be construed as limiting terms.
Haciendo referencia a los dibujos, y en particulara la figura 1, el conjunto de combustible ilustradoen ella y que se designa de manera general por la referencia10, es del tipo utilizado en reactorees de agua a presión, ytiene un armazón estructural que, en su extremidad inferior,incluye una tobera de fondo del tipo de filtro de residuos12, de acuerdo con la invención, que se describirádetalladamente en lo que sigue.
Referring now to the drawings, and particularly to Figure 1, the fuel assembly shown therein and generally designated with numeral 10 is of the type used in pressurized water reactors, and it has a structural skeleton which, at its lower end, includes a debris-filter bottom nozzle 12 embodying the invention to be described in detail later herein.
La tobera de fondo 12 soportael conjunto de combustible 10 en una placa inferior desoporte de núcleo 14 en la región del núcleo de un reactornuclear (no ilustrado).
The bottom nozzle 12 supports the fuel assembly 10 on a lower core support plate 14 in the core region of a nuclear reactor (not shown).
Además de la tobera de fondo 12, elarmazón estructural del conjunto de combustible 10 incluyeuna tobera superior 16, unos tubos o manguitos de guía 18dispuestos longitudinalmente entre las toberas de fondo ysuperior 12, 16 y sujetos rígidamente en ellas, y unas rejastransversales 20 separadas axialmente a lo largo delos manguitos de guía 18 y sujetas en ellos.
In addition to the bottom nozzle 12, the structural skeleton of the fuel assembly 10 includes a top nozzle 16, guide tubes or thimbles 18 which extend longitudinally between and are rigidly attached to the bottom and top nozzles 12, 16 and transverse grids 20 spaced apart axially along the guide thimbles 18 and attached thereto.The fuel assembly 10 includes further an organized array of elongate fuel rods 22 spaced transversely apart and supported by the grids 20, and an instrumentation tube 24 which is located in the center of the fuel assembly and extends between, and is connected to, the bottom and top nozzles 12, 16.
Con esta disposición de los elementos, elconjunto de combustible 10 constituye una unidad integradacapaz de ser manipulada convenientemente asin deteriorar loselementos ensamblados.
With this arrangement of parts, the fuel assembly 10 forms an integral unit capable of being conveniently handled without damage to the assembly parts.
Cada una de las barras de combustible 22 mantenidasseparadamente en posiciones paralelas las unas respectoa las otras por las rejas 20, contiene pastillas decombustible nuclear 26 y está cerrada en sus extremidadesopuestas por medio de tapones de extremidad 28, 30.
Each of the fuel rod 22 held in parallel spaced relationship with respect to one another by the grids 20 contains nuclear fuel pellets 26 and is closed at its opposite ends by means of end plugs 28, 30, the pellets 26 being maintained in a stack by means of a plenum spring 32 disposed between the upper end plug 28 and the stack of pellets.
Un moderador/refrigerantelíquido, constituído por ejemplo por agua oagua conteniendo boro, se bombea hacia arriba a través delos orificios de circulación formados en la placa de núcleoinferior 14, a través de la tobera de fondo 12 del conjuntode combustible 10, y a través de los manguitos de guía 18y los espacios formados entre las barras de combustible 22,para extraer el calor generado en el conjunto de combustiblecon el fin de utilizarlo para producir un trabajo útil.
A liquid moderator/coolant, such as water or water containing boron, is pumped upwardly through flow openings in the lower core plate 14, through the bottom nozzle 12 of the fuel assembly 10, and through the guide thimbles 18 and the spaces between the fuel rods 22 in order to extract heat generated in the fuel assembly for use thereof in producing useful work.
Unas barras de control 34 pueden efectuar unmovimiento de vaivén en los manguitos de guía 18 y estánsoportadas por un mecanismo 36 de control de grupo de barrasdispuesto encima de la tobera superior 16 y que incluyeun conjunto en forma de estrella que comprende un elementocilíndrico 37 roscado internamente y una pluralidadde rayos o brazos 38 dispuestos radialmente, provistos cadauno de por lo menos una barra de control 34 conectada conél.
Control rods 34 are reciprocally movable in the guide thimbles 18 and supported from a rod-cluster control mechanism 36 positioned above the top nozzle 16 and including a spider assembly comprising an internally threaded cylindrical member 37 and a plurality of radially extending flukes or arms 38, each of which has at least one control rod 34 connected thereto.
Los mecanismos de control 26 pueden ser accionados paramover verticalmente las barras de control en los manguitosde guía 18, con el fin de controlar el proceso de fisión enel conjunto de combustible 10, todo ello de una manera bienconocida.
The control mechanism 36 is operable to move the control rods vertically in the guide thimbles 18, thereby to control the fission process in the fuel assembly 10, all in a well known manner.
Tobera de Fondo para retener residuos.
Debris Trap Bottom Nozzle
Como se ha indicado en lo que antecede, se hacomprobado que existe un problema debido a la deterioracióndel conjunto de combustible por los residuos aprisionadosen o bajo la reja más baja 20.
As mentioned above, fuel assembly damage due to debris trapped at or below the lowermost one of the grids 20 has been found to be a problem.
Por tanto, con el fin de evitaresta deterioración, es extremadamente conveniente evitarque los residuos pasen a través de los agujeros de circulaciónde la tobera de fondo.
Therefore, in order to avoid such damage, it is highly desirable to prevent debris from passing through the bottom nozzle flow holes.
Con este fin, la tobera de fondo 12, ademásde soportar el conjunto de combustible 10 en la placa inferiorde soporte de núcleo 14, contiene unos medios que actúanpara filtrar los residuos de tamaño potencialmente dañino,procedentes del refrigerante que fluye a través de latobera de fondo.
To this end, the bottom nozzle 12, in addition to supporting the fuel assembly 10 on the lower core support plate 14, contains features which function to filter out debris of potentially damaging size from the coolant flowing through the bottom nozzle.
De la manera convencional, la tobe4ra defondo 12 incluye unas patas de esquina 42 para soportar elconjunto de combustible 10 en la placa inferieor del núcleo 14,y una placa generalmente rectangular 14 convenientemente sujeta,por ejemplo mediante soldadura, en las patas de esquina42.
As conventional, the bottom nozzle 12 includes corner legs 42 for supporting the fuel assembly 10 on the lower core plate 14, and a generally rectangular planar plate 46 suitably attached, such as by welding, to the corner legs 42.
Tal y como se representa en la figura 2, la placa 46Ade la tobera de fondo convencional 12A está dotada, como escostumbre, de agujeros de circulación relativamente amplios48A, 48B, de dos diámetros diferentes, tales como 6 mm y 12mm aproximadamente, por ejemplo.
As shown in Figure 2, the plate 46A of a conventional bottom nozzle 12A customarily is provided with relatively large flow holes 48A, 48B of two different diametric sizes, such as about 6mm and 12 mm, for example.
Los agujeros de circulaciónde este diámetro dejarán pasar los residuos arrastrados porel refrigerante que tienen un tamaño potencialmente peligroso.
Flow holes this large will pass coolant-entrained debris of potentially damaging size.
Como puede verse en la figura 3, la placa detobera 46 de la tobera de fondo del tipo de filtro de residuos12 de acuerdo con la invención presenta un número muchomás importante de agujeros más pequeños 48 dimensionados para"filtrar" los residuos de tamaño peligroso sin afectarde manera perjudicial la circulación o la pérdida de cargaa través de la placa adaptadora 46 y a través del conjuntode combustible 10.
As seen from Figure 3, the nozzle plate 46 of the debris-filter bottom nozzle 12 embodying the invention has a much greater number of smaller holes 48 sized to "filter out" damaging-size debris without adversely affecting flow or pressure drop through the adapter plate 46 and across the fuel assembly 10.
Por tanto, la tobera de fondo 12 del tipode filtro de residuos es similar a la tobera de fondo 12Ade la técnica anterior, salvo por lo que se refiere al númeroy al tamaño de los agujeros de circulación 48 formadosen la placa 48 y al tamaño de la entrada cónica 50 (figura6) en cada agujero de circulación 48.
Thus, the debris-filter bottom nozzle 12 is similar to the prior-art bottom nozzle 12A, except for the number and size of the flow holes 48 in the plate 46 and the size of the inlet chamfer 50 (Figure 6) at each flow hole 48.
Preferentemente, losagujeros de circulación 48 tienen una sección transversalde tamaño uniforme y están situados en una configuraciónque cubre sustancialmente todas las partes de la placa 46en el sentido de su longitud y de su anchura.
Preferably, flow holes 48 are uniform in cross-sectional size and defined in a pattern which substantially covers every portion of the plate 46 across its length and breadth.
El diámetro de los agujeros de circulación48, que se representa ampliado en la figura 4, es tal quelos estudios de este tamaño típicamente aprisionado en lareja de soporte inferior 20 no podrán pasar a través de losagujeros 48.
The diameter of the flow holes 48, shown enlarged in Figure 4, is such that debris of the size typically caught in the lowermost support grid 20 will not pass through the holes 48.
Por otra parte, los residuos suficientementepequeños para pasar a través de los agujeros de circulación48 pasarán también a través de la reja 20, puesto que eldiámetro de los agujeros de circulación 48 es inferior a lamayor dimensión "d" (figura 5) de los espacios desocupadoso libres 52 formados a través de cualquier célula 54 de lareja de soporte 20.
On the other hand debris small enough to pass through the flow holes 48 will also pass through the grids 20 since the diameter of the flow holes 48 is smaller than the largest dimension "d" (Figure 5) of the unoccupied or free spaces 52 through any cell 54 of the support grid 20.