ОПОРНАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА КОСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к конструкционным элементам ядерной установки, а именно, к опорной решетке тепловыделяющих элементов (твэл) ядерного реактора космической энергетической установки.
Из уровня техники известна опорная решетка твэл высокотемпературного ядерного реактора космической энергетической установки, выполненная в виде расположенных друг над другом дисков с отверстиями («Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ», А.А. Куландин, С.В. Тимашов и др., Энергоатомиздат, 1987 г., стр. 12, 187].
В высокотемпературных реакторах космических ЯЭУ в качестве конструкционных материалов для элементов активной зоны, в том числе опорных решеток, применяют такие тугоплавкие материалы, как жаропрочные стали, карбиды и металлокерамика.
Но прочностные характеристики вышеуказанных конструкционных материалов не отвечают установленным требованиям к современным установкам мегаваттного класса, среди которых предпочтение отдают высокотемпературным газоохлаждаемым реакторам с температурой теплоносителя ~1500 К.
Кроме того, в известной опорной решетке диски расположены друг над другом с зазором и связаны между собой посредством кольца и разделительных цилиндрических втулок, приваренных к дискам решетки.
Недостатком указанной опорной решетки является невозможность ее использования в высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе с температурой теплоносителя порядка 1500 К из-за отсутствия подходящей совокупности прочностных характеристик.
Кроме того, в связи с высокой энергонапряженностью активной зоны газоохлаждаемого реактора космической ЯЭУ поверхность теплообмена должна быть довольно большой, что вынуждает использовать активную зону с большим количеством твэлов, а следовательно, и с большим числом распорных втулок. При выполнении большого количества сварных швов в области распорных втулок увеличивает риск образования в конструкции остаточных сварочных напряжений от неравномерного нагрева изделий в процессе сварки и значительно усложняет систему контроля сварных соединений, что, в итоге, снижает общую надежность реакторной установки.
Задачей настоящей полезной модели является создание опорной решетки твэл высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора космической энергетической установки, которая обеспечит работоспособность и надежность реактора при температурах теплоносителя ~1500К.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении сопротивления термической ползучести при повышенных температурах и технологичности изготовления опорной решетки.
Технический результат достигается тем, что опорная решетка твэл высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора космической энергетической установки, выполненная в виде расположенных друг над другом дисков с отверстиями, согласно полезной модели, диски изготовлены из молибденового сплава ТСМ-7С и установлены друг на друга без зазора.
Молибденовый сплав ТСМ-7С выгодно отличается от других тугоплавких материалов тем, что он обладает значительно большей прочностью при рабочих температурах (порядка 1500 К) в сравнении со сплавами молибдена с ниобием и ванадием, умеренной хладноломкостью при температурах транспортировки и хранения (порядка 20°C) и умеренной степенью охрупчиваемости под облучением.
В сплаве молибдена ТСМ-7С наблюдается баланс прочностных и пластических характеристик. Он обладает повышенной термоцикличностью, вибро- и ударопрочностью, пониженной склонностью к рекристализационному охрупчиванию. Поэтому применение ТСМ-7С сделает опорную решетку работоспособной в суровых условиях высокотемпературного газового реактора без применения специальной системы охлаждения решетки.
Однако указанный сплав имеет более низкие показатели по свариваемости, и разделение дисков с помощью распорных втулок, требующих сварных соединений, ухудшит технологичность изготовления опорной решетки и увеличит риск возникновения термической деформации или остаточного напряжения в конструкции. Поэтому диски из сплава ТСМ-7С установлены друг над другом без зазора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1).
Опорная решетка выполнена в виде двух расположенных друг над другом без зазора дисков 1 и 2 с отверстиями и изготовлена из материала ТСМ-7С, химический состав которого:
а температура плавления (2913±1) К. Диски 1 и 2 установлены с совмещением осей отверстий, чтобы получились сквозные каналы для закрепления хвостовиков твэл и прохода теплоносителя. Отсутствие сварных соединений в опорной решетке упрощает процесс ее изготовления и исключает образование в конструкции остаточных сварочных напряжений, что, в свою очередь, делает ее более технологичной и надежной в использовании.