УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИСТАНЦИОНИРУЮЩЕЙ РЕШЕТКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
CONTROL DEVICE OF SPACER GRID OF NUCLEAR REACTOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к области ядерной технологии изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерного реактора, преимущественно водо-водяного энергетического реактора типа ВВЭР-1000.
Изготовление тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора включает предварительное изготовление пучка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), гексагональных дистанционирующих решеток, центральной трубы и направляющих каналов, головной и хвостовой частей и гексагональной несущей нижней решетки, сборку каркаса путем закрепления центральной трубы и направляющих каналов в гексагональной нижней решетке и ее к хвостовой части с закреплением по высоте от хвостовой части гексагональных дистанционирующих решеток, запрессовки в ячейки гексагональных дистанционирующих решеток тепловыделяющих элементов и закрепление головной части на каналах направляющих и центральной трубе (см. Б.А.Дементьев. «Ядерные энергетические реакторы». М.: Энергоатомиздат, 1990 г., с.42-44).
Известно, что при изготовлении гексагональных дистанционирующих решеток используют два основных материала - нержавеющую сталь и сплавы на основе циркония. В случае изготовления на одном производственном участке двух типов гексагональных дистанционирующих решеток возникает проблема смешивания как заготовок, так и ячеек из различных конструкционных материалов, внешне практически ничем не отличающихся. В случае попадания в циркониевую гексагональную дистанционирующую решетку ячейки из нержавеющей стали возникает опасность некачественной сварки и разрушения гексагональной дистанционирующей решетки в активной зоне ядерного реактора.
Известно выявление инородного материала при помощи химических реактивов, в частности раствором серной кислоты, окрашивающей нержавеющую сталь в черный цвет и не реагирующей с цирконием.
Недостатком является сложность процесса, заключающаяся в необходимости изготовления и содержания целой технологической линии с химически активными растворами и последующей утилизацией серной кислоты.
-3
Известен способ термообработки гексагональных дистанционирующих решеток из циркониевого сплава, включающий отжиг при 580±15°С в течение не менее 180 мин при остаточном давлении 2×10мм рт.ст. и последующее охлаждение на воздухе при температуре 500±20°С с образованием на поверхности гексагональных дистанционирующих решеток окисной защитной пленки черного цвета. При попадании ячейки из нержавеющей стали она будет выявлена при внешнем осмотре, т.к. будет иметь желтый цвет окисной пленки (см. патент RU 2195721, МПК (2006) G21C 3/34, 21/00 от 13.06.2000, опубл. 27.12.2002).
Недостатком такого способа является необходимость зачистки от окисной пленки поверхностей под сварку гексагональных дистанционирующих решеток с уголками каркаса ТВС при изготовлении ТВС с жестким каркасом, так как окисная пленка является диэлектриком и сварочный шов либо будет некачественным, либо сварки не произойдет.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для контроля дистанционирующих решеток, применяемое в способе изготовления тепловыделяющей сборки ядерного реактора (см. патент РФ №2287866 от 6.06.2005 г.), включающее весы с установленным на опорной поверхности постоянным магнитом и расположенную над магнитом неподвижную платформу для установки дистанционирующей решетки в магнитном поле (прототип).
В способе дано описание устройства-прототипа, позволяющего повысить качество тепловыделяющей сборки за счет выявления и отбраковки гексагональных дистанционирующих решеток, имеющих включения ячеек из ферромагнитного металла среди ячеек из циркониевого сплава.
Недостатком устройства-прототипа является применение одного постоянного магнита с неоднородным по всей его площади градиентом магнитного поля, создающим различную силу притяжения ячейки в зависимости от ее расположения в дистанционирующей решетке, например, при расположении ячейки в центре решетки сила притяжения будет мала, а на периферии существенно больше, что может повлиять на показания весов при нахождении ячейки из инородного материала в центральной части дистанционирующей решетки и на ее периферии; необходимо применять весы повышенной точности, что делает устройство более дорогим.
Технической задачей изобретения является повышение точности обнаружения ячейки из инородного материала в дистанционирующей решетке за счет стабилизации магнитного поля и, как следствие, стабилизации силы притяжения по всей площади дистанционирующей решетки, что позволит получать одинаковые значения показания весов в случае нахождения ячейки из инородного материала как в центральной части дистанционирующей решетки, так и на ее периферии.
Эта техническая задача решается тем, что в устройстве для контроля дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающем весы с установленным на опорной поверхности постоянным магнитом, неподвижную платформу для установки дистанционирующей решетки в магнитном поле, согласно изобретению магнит набран из отдельных магнитных ячеек, выполненных размером, соответствующим размеру ячейки дистанционирующей решетки, и расположенных в шахматном порядке относительно друг друга в соответствии с различной ориентацией полюсов на пластине, выполненной из магнитомягкой стали размером, соответствующим размеру дистанционирующей решетки.
Применение устройства позволяет выявлять и отбраковывать гексагональные дистанционирующие решетки, имеющие включения ячеек из ферромагнитного металла среди ячеек из циркониевого сплава, позволяет удалять такие ячейки и заменять их на ячейки из циркониевого сплава, снизить требования к точности весов, уменьшить стоимость установки.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг.1 - устройство для контроля дистанционирующей решетки, общий вид;
на фиг.2 - устройство для контроля дистанционирующей решетки, вид сверху;
на фиг.3 - магнитные линии при сплошном постоянном магните;
на фиг.4 - магнитные линии при наборе магнита из магнитных ячеек, чередующихся с различной ориентацией полюсов в виде наборного «шахматного поля».
Устройство для контроля дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки ядерного реактора состоит из весов 1 с установленным на опорной поверхности 2 постоянным магнитом 3, неподвижной платформы 4 для установки дистанционирующей решетки 5 в магнитном поле 6, магнит 3 набран из отдельных магнитных ячеек 7, чередующихся в шахматном порядке друг с другом в соответствии с различной ориентацией полюсов 8, при этом размеры каждой из магнитных ячеек 7 выбраны в соответствии с размером ячейки 9 дистанционирующей решетки 5 и расположены на пластине 10, выполненной из магнитомягкой стали, при этом размер пластины соответствует размеру дистанционирующей решетки 5.
Устройство для контроля дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки ядерного реактора работает следующим образом.
После сварки дистанционирующую решетку 5 помещают на неподвижную платформу 4 над постоянным магнитом 3, установленным на опорной поверхности 2 весов 1, магнитное поле 6 создается отдельными магнитными ячейками 7, чередующимися с различной ориентацией полюсов 8. Расположение магнитных ячеек 7 магнита 3 в шахматном порядке относительно друг друга в соответствии с различной ориентацией полюсов 8 позволяет достичь равномерной силы притяжения ячейки 9 дистанционирующей решетки 5 к магниту 3 по всей поверхности дистанционирующей решетки независимо от того, где расположена ячейка 9 - у центра или периферии дистанционирующей решетки 5.
Предлагаемое выполнение магнита 3 позволяет получить неоднородность напряженности магнитного поля возле каждой ячейки 9, расположенной в дистанционирующей решетке 5, так как размер магнитных ячеек 7 магнита 3 соответствует размеру ячейки 9 дистанционирующей решетки 5, а величина неоднородности напряженности магнитного поля 6, проявляющаяся на краях магнитной ячейки 7, примерно равная , где Н - напряженность магнитного поля, как раз и будет пропорциональна силе притяжения (см. Л.Р.Нейман, К.С.Демирчян. Теоретические основы электротехники Т1. Ленинградское отделение: "Энергия", 1967, с.103, с.108). Магнитные ячейки 7 расположены на пластине 10, размером совпадающей с размером решетки 5 и выполненной из магнитомягкой стали. Ячейки 9 дистанционирующей решетки, выполненные из циркониевого сплава, являются «прозрачными» для магнитных силовых линий и пропускают их, а ячейки 9 дистанционирующей решетки, выполненные из ферромагнитного металла, не являются «прозрачными» для магнитных силовых линий из-за наличия в них железа, кобальта и никеля, поэтому возникающая при этом сила стремится сблизить такие ячейки 9 с поверхностью магнита 3, но в связи с тем, что гексагональная дистанционирующая решетка 5 на период контроля размещена в магнитном поле 6 неподвижно, то опорная поверхность 2 весов 1 вместе с установленным магнитом 3 поднимается вверх, показания весов 1 изменяются и по ним судят о наличии в гексагональной дистанционирующей решетке 5 ячеек 9 из ферромагнитного металла. Дистанционирующая решетка проконтролирована.