ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
NUCLEAR REACTOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющих сборок), используемых преимущественно для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.
Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерного реактора РБМК-1000, в которой тепловыделяющие элементы (твэлы) фиксируются в концевой решетке посредством выполнения на их наконечнике кольцевой проточки, в которую после сборки с концевой решеткой устанавливается стопорное кольцо (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенератора). М.: Энергоатомиздат, 1984, рис.П.8.11, с.265 [1]).
Недостатками данной конструкции является наличие дополнительной детали - стопорного кольца, а также технологической операции установки кольца, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления и сборки ТВС РБМК-1000.
Также известна конструкция ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, в которой наконечник твэла имеет диаметральное отверстие (см. [1], рис.П.8.9 и рис.П.8.10, с.264), в которое после установки твэла в концевую решетку вставляется шплинт (см. Крамеров А.Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1971, с.206 [2]).
Такая конструкция имеет недостатки, аналогичные указанным выше, причем соединение твэла с концевой решеткой неразъемное.
Для исключения этих недостатков и обеспечения разъемности соединения была предложена ТВС с цанговым креплением, в которой твэлы соединены с опорной решеткой узлами крепления, каждый из которых выполнен в виде цилиндра, имеющего, по меньшей мере, один продольный паз, по крайней мере, на части его длины от торца, обеспечивающий его упругость в поперечном сечении, цилиндр установлен в посадочном отверстии, выполненном в концевой решетке, и имеет на указанном торце буртик, контактирующий с поверхностью отверстия, выполненного в концевой решетке (патент на изобретение RU 2129738 С1 от 27.04.99).
В данной конструкции ТВС предполагается, что твэл опирается на концевую решетку, поэтому она в этой конструкции и называется опорной решеткой. При этом может быть обеспечено дистанционное извлечение твэла при необходимости.
Однако такая конструкция может оказаться недостаточно надежной, если твэлы подвешены на концевой решетке, как это имеет место в конструкции ТВС РБМК-1000, где твэлы верхнего пучка висят на концевой решетке и в процессе всего срока эксплуатации они должны надежно в ней фиксироваться.
Дело в том, что в данной конструкции на переходе от цилиндрической части к плоскости буртика всегда имеется технологический радиус закругления, вследствие чего не обеспечивается гарантированное примыкание буртика к плоскости несущей решетки, уменьшается площадь соприкосновения их поверхностей, что приводит к увеличению уровня НДС в наконечнике и его износа и, следовательно, к снижению надежности фиксации наконечников твэлов.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности фиксации наконечников твэлов в концевой решетке, в первую очередь путем обеспечения плотного контакта наконечника и плоскости несущей решетки.
Технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей тепловыделяющие элементы, соединенные с концевой решеткой наконечниками, каждый из которых имеет цилиндрическую часть, в которой выполнен, по меньшей мере, один продольный паз, по крайней мере, на части ее длины от торца, обеспечивающий упругость в поперечном сечении, наконечник установлен в посадочном отверстии, выполненном в концевой решетке, и имеет на указанном торце буртик, контактирующий с поверхностью отверстия, выполненного в концевой решетке, согласно изобретению наконечник имеет кольцевое углубление на цилиндрической поверхности, боковая стенка которого является поверхностью буртика, контактирующей с концевой решеткой.
При этом предпочтительно, чтобы контактирующая с буртиком поверхность концевой решетки и ответная поверхность концевой решетки имели коническую форму с вершиной, направленной в сторону закрепляемого конца твэла.
Кроме того, для снижения концентрации напряжений и повышения упругости цилиндр может иметь наружную выемку или отверстие криволинейного сечения на конце, по меньшей мере, одного продольного паза цилиндра. При этом при наличии двух или более продольных пазов оси отверстий могут не пересекаться.
Кроме того, в своей упругой части цилиндр имеет поперечное сечение в виде круга или кольца.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1(а, б) изображена концевая решетка предложенной ТВС с закрепленными в ней наконечниками твэлов: а - вид сверху, б - разрез Ф-Ф на фиг.1.
На фиг.2 - вариант наконечника предложенной ТВС с отверстием в конце продольного паза, вид сбоку.
На фиг.3 - то же, с выемкой на цилиндрической поверхности.
На фиг.4 - вид на наконечник с кольцевым поперечным сечением со стороны торца.
На фиг.5 - фрагмент наконечника в зоне кольцевого углубления.
Тепловыделяющая сборка содержит тепловыделяющие элементы (твэлы, на чертежах не показаны), соединенные с концевой решеткой 1 с помощью наконечников 2 (фиг.1, 2).
Наконечник 2 имеет цилиндрическую часть 3 с кольцевым буртиком 4 на торце, контактная поверхность 5 которой контактирует с концевой решеткой 1 и тем самым удерживает твэл. В месте перехода цилиндрической части 3 в буртик 4 имеется кольцевое углубление - проточка 6. Для повышения надежности крепления твэла контактирующая с буртиком 4 поверхность концевой решетки 1 и ответная поверхность буртика 4 могут иметь коническую форму (не показано) с вершиной, направленной в сторону закрепляемого конца твэла.
Наличие проточки 6 устраняет технологическое закругление между цилиндрической частью 3 и буртиком 4 и позволяет осуществить гарантированное примыкание цилиндрической части 3 наконечника 2 к цилиндрической части отверстия несущей решетки 1, что в свою очередь гарантирует соприкосновение буртика 4 наконечника 2 с плоскостью несущей решетки 1 по всей плоскости буртика 4.
Тем самым повышается надежность фиксации наконечника 2 в несущей решетке 1 и надежность самого крепления.
В цилиндрической части 3 и буртике 4 выполнен один или несколько продольных пазов 7, по крайней мере, на части ее длины от торца для обеспечения упругости наконечника 2 и возможности его введения в отверстие концевой решетки 1 и фиксации в ней. На фиг.4 показаны четыре паза 7.
Наконечник 1 может быть выполнен как сплошным, так и полым в своей цилиндрической части. Во втором случае в цилиндрической части 3 может быть выполнено продольное отверстие 8 (фиг.4).
Также на цилиндрической части 3 могут быть выполнены отверстия 9 в конце каждого паза 7 и/или выемки 10 на наружной поверхности между пазами 7, имеющие цилиндрическую поверхность (фиг.3). И те, и другие снижают концентрацию напряжений в зоне конца паза 7 и увеличивают упругость наконечника 2, а также регулируют величину усилия сборки его с концевой решеткой.
При этом при наличии двух или более продольных пазов 7 оси отверстий 9 могут не пересекаться для компенсации уменьшения площади поперечного сечения рабочей части наконечника 2 и ослабления рабочей части наконечника 2 в местах расположения этих отверстий 9, т.е. увеличения прочности наконечника 2.