ПЕРЕМЕШИВАЮЩАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к атомной технике, в частности, к конструкциям дистанционирующих и перемешивающих решеток тепловыделяющих сборок (ТВС) энергетических ядерных реакторов.
Уровень техники
В конструкции ТВС основными узлами являются пучок тепловыделяющих элементов (твэл), головка и хвостовик.
Твэлы, как правило, закреплены в опорной плите хвостовика и имеют возможность температурного и радиационного расширения вдоль ТВС; при этом твэлы дистанционируются между собой за счет их упругого подпружинивания и фиксирования в ячейках дистанционирующих решеток (ДР), расположенных по длине ТВС.
Для достижения выравнивания энтальпии в активной зоне реактора между менее нагруженными и более нагруженными областями в конструкциях ТВС применяются устройства для перемешивания теплоносителя - перемешивающие решетки (ПР) с дефлекторами для турбулизации потока теплоносителя, являющиеся разновидностью ДР.
Известна дистанционирующая решетка, содержащая фиксирующие твэлы ячейки, между которыми образуются вторичные каналы, в которых
установлены два и более отклоняющих элемента, разнесенных по высоте, которые турбулизируют и направляют поток теплоносителя к твэлам (патент WO 9619811 A1, G21С 3/322, 27.06.96). Управляющие потоком отклоняющие элементы выполнены в виде дерева, ствол которого выполнен из прямоугольной пластины, а ветви из направляющих лопаток отходят от ствола на разных по высоте уровнях, обеспечивая перемешивание потока теплоносителя. Недостатком данной конструкции является возможность касания отклоняющих элементов с твэлами на высоте, превышающей высоту вторичного канала, а также сложность их изготовления и установки в решетке.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является конструкция перемешивающей и дистанционирующей решетки, разработанная для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, которая имеет управляющую потоком конструкцию, состоящую из ленточных элементов с устройством для турбулизации потока, внутрь которой устанавливается дистанционирующее устройство, состоящее из ячеек, в которых фиксируются твэлы (патент ЕР 0795177 B1, G21C 3/322, 25.08.99)
Управляющая потоком конструкция (перемешивающая решетка) содержит набор ленточных элементов (пластин), расположенных крестообразно, на торцах которых выполнены дефлекторы для турбулизации потока теплоносителя; при этом пластины закреплены на ободе перемешивающей решетки. Внутрь перемешивающей решетки установлено поле ячеек, предназначенное для дистанционирования твэл, и закрепленное на
ободе перемешивающей решетки.
Недостатком данного конструктивного решения является его повышенное гидравлическое сопротивление потоку теплоносителя, что не позволяет применять его в ТВС с повышенным энерговыделением.
Сущность изобретения
Технической задачей настоящей полезной модели является создание усовершенствованной перемешивающей решетки.
В результате решения данной задачи возможно получение новых технических результатов, заключающихся в возможности эффективного перемешивания теплоносителя и улучшения теплосъема с поверхности оболочек твэл, а значит в возможности внедрения усовершенствованных топливных циклов эксплуатации ТВС с высоким выгоранием топлива и увеличенной неравномерностью энерговыделения.
Данные технические результаты достигаются тем, что в перемешивающей решетке тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей обод и набор пересекающихся пластин с дефлекторами, особенностью является то, что набор пластин, соединенных между собой и с ободом в местах пересечения, образует ячейки для прохода твэл и смежные с ними ячейки, внутрь которых отогнуты перемешивающие дефлекторы, выполненные в форме пластинчатых отклоняющих элементов.
Отличительная особенность настоящей полезной модели состоит в том, что пластинчатые дефлекторы, выполненные на пластинах и предназначенные для перемешивания потока теплоносителя на выходе из перемешивающей
решетки, отогнуты внутрь ячеек, смежных с ячейками для свободного прохода твэлов, т.е. дефлекторы находятся в зоне, исключающей касание их с твэлами.
Перемешивающая решетка выполнена из набора пластин, которые имеют в местах пересечения пазы, позволяющие произвести сцепление пластин друг с другом; при этом с целью создания жесткости конструкции торцевые участки пластин соединены посредством сварки или пайки в местах пересечения пластин, а концы пластин перемешивающей решетки посредством сварки или пайки закреплены на гранях обода, образуя единую конструкцию.
Обод перемешивающей решетки представляет собой обечайку, внутри которой размещены пластины перемешивающей решетки.
Целесообразно с целью повышения технологичности изготовления перемешивающей решетки обод выполнить из шести отдельных секторов.
Целесообразно для повышения турбулизации потока теплоносителя в ободе на каждой его грани выполнить дефлекторы, отогнутые внутрь ячеек, смежных с ячейками для прохода твэл.
Целесообразно дефлекторы выполнить трапецеидальной формы.
Целесообразно в одном ободе ниже перемешивающей решетки, для дистанционирования твэл, установить поле ячеек, имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэл в виде пуклевок, расположенных через 120 градусов друг от друга, образованных штамповкой на гранях шестигранника внутрь ячейки; при этом ячейки соединены между собой и
с ободом посредством сварки или пайки.
Целесообразно для улучшения теплообмена между соседними ТВС на каждой грани обода между пластинами перемешивающей решетки и полем ячеек выполнить пазы для прохода теплоносителя.
Предлагаемое техническое решение поясняется графически
На фиг.1 приведена принципиальная схема ПР, на фиг.2 показан выносной элемент А ПР на фиг.1, на фиг.3 показано поперечное сечение Б-Б на фиг.2, на фиг.4 показана ПР с дефлекторами трапециидальной формы, на фиг.5 показан шестигранный обод, на фиг.6 показан обод с перемешивающими дефлекторами, на фиг.7 показан обод, выполненный из шести секторов, на фиг.8 показана ПР с установленным в едином ободе полем ячеек для дистанционирования твэл, на фиг.9 показано поле ячеек, на фиг.10 показан обод с пазами.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого технического решения
Перемешивающая решетка (ПР) (см. фиг.1) содержит шестигранный обод 1, внутри которого размещены пластины 2 перемешивающей решетки.
Пластины 2 (см. фиг.2) перемешивающей решетки образуют ячейки 3 для свободного прохода твэл и смежные с ними ячейки 4, внутрь которых отогнуты дефлекторы 5. Пластины 2 (см. фиг.3) имеют в местах пересечения пазы 6, позволяющие производить сцепление пластин друг с другом; при этом торцевые участки пластин 2 в местах их пересечения
соединены посредством сварки или пайки. Целесообразно (см. фиг.4) дефлекторы 5 выполнить трапециидальной формы.
Концы пластин 2 ПР (см. фиг.2) соединены посредством сварки или пайки с гранями обода 1.
Обод 1 предствляет собой обечайку (см. фиг.5), имеющую шесть граней 7.
Для повышения турбулизации потока теплоносителя (см. фиг.6) на верхних торцах граней 7 обода могут быть выполнены перемешивающие дефлекторы 5.
Для повышения технологичности (см. фиг.7) обод может быть выполнен из шести отдельных секторов 8.
Целесообразно (см. фиг.8) в одном ободе 1 ниже пластин 2 перемешивающей решетки установить для дистанционирования твэл поле ячеек 9.
Ячейки 9 (см. фиг.9) могут иметь шестигранную форму с тремя опорами 10 для твэл в виде пуклевок.
Для улучшения теплообмена на каждой грани 7 обода (см. фиг.10) могут быть выполнены пазы 11.
Предлагаемая ПР, установленная в ТВС, работает следующим образом:
В ТВС основным функциональным элементом конструкции является пучок твэл, который фиксируется в ячейках дистанционирующих решеток (ДР), расположенных по длине ТВС; при этом ДР соединяются
между собой конструктивными элементами, например, уголковыми профилями, образуя каркас.
С целью более эффективного перемешивания теплоносителя и улучшения теплосъема с поверхности оболочек твэл в пролетах между ДР устанавливаются ПР, которые фиксируются в каркасе ТВС, например, путем приварки ободов 1 к угловым профилям; при этом твэлы свободно проходят сквозь ячейки 3 ПР. Теплоноситель проходит через свободное пространство ячеек 3, охлаждая твэлы, а также через ячейки 4; при этом в ячейках 4 теплоноситель отклоняется дефлекторами 5 и на выходе из ПР перемешивается с теплоносителем из соседних ячеек 3, тем самым происходит выравнивание энтальпии между соседними областями теплоносителя, проходящего через ТВС.
Использование предлагаемой конструкции перемешивающей решетки позволяет за счет изменения величины и количества дефлекторов регулировать гидравлическое сопротивление ПР и в зависимости от расположения ПР в ТВС выравнивать энтальпию различных областей активной зоны реактора.
Реализация предлагаемого технического решения в конструкциях ТВС позволяет увеличить мощность реакторных установок.
Изготовление настоящей конструкции может быть осуществлено на известном оборудовании с применением стандартных технологий.