ДИСТАНЦИОНИРУЮЩАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
SPACER GRID FOR FUEL ASSEMBLY OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть применено в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора с треугольной упаковкой тепловыделяющих элементов (твэлов).
Известно большое многообразие дистанционирующих решеток для ТВС ядерных реакторов, содержащих группы полос, образующих при пересечении ряды ячеек для размещения твэлов: квадратные, треугольные, шестигранные.
Известна дистанционирующая решетка с ячейками квадратной формы, которые сформированы двумя рядами взаимно пересекающихся перпендикулярных друг другу пластин, расположенных на одном уровне. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы (см., например, патент FR №2646548, приоритет от 28.04.1989, МПК G21C 3/356).
Известна дистанционирующая решетка с ячейками треугольной формы, которые сформированы тремя группами взаимно пересекающихся пластин, расположенных на одном уровне под углом друг другу. Пластины снабжены прорезями до середины ширины в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы - четыре жестких упора (см., например, патент FR №2588410, опубл. 10.04.1987, МПК G21C 3/32).
Известна дистанционирующая решетка с ячейками шестиугольной формы, которые сформированы тремя группами взаимно пересекающихся пластин, расположенных на одном уровне под углом 120° друг другу. Пластины снабжены прорезями в местах пересечения пластин. Пластины закреплены на рамке, охватывающей решетку по периметру, а для центрирования твэлов предусмотрены специальные элементы (см., например, патент GB №2277191, опубл. МПК G21C 3/352).
Недостатками таких конструкций решетки является трудоемкость и сложность изготовления. Одноярусное расположение пластин решетки создает местное сужение проходного сечения для протока теплоносителя, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления сборки и снижает ее эксплуатационную надежность.
Известна дистанционирующая решетка с ячейками шестиугольной формы, которые сформированы тремя группами пластин, расположенных в пространстве в виде трех не пересекающихся рядов. Пластины закреплены на рамке, которая снабжена упругими элементами, выполненными заодно с ней (см., например, патент RU №2120671, опубл. 20.10.1998, МПК G21C 3/32).
Недостатком данной дистанционирующей решетки является ее применимость только для пучков с гексогональным расположением твэлов, в которых шаг их расположения при приемлемой толщине дистанциониующих пластин (~0,3÷0,4 мм) обеспечивает касание пластин двух соседних параллельных рядов. Кроме того, значительная площадь контакта пластин с оболочкой по периметру ухудшает условия теплосъема с твэла.
Техническое решение по патенту №2120671 выбираем за прототип по наибольшему числу общих признаков и достигаемому результату.
Технической задачей изобретения является создание конструкции дистанционирующей решетки, имеющей меньшую величину контакта пластин решетки с поверхностью твэлов и более равномерное распределение теплоносителя по проходному сечению тепловыделяющей сборки, повышение надежности фиксации твэлов.
Решение поставленной задачи позволяет повысить эксплуатационную надежность тепловыделяющей сборки.
Поставленная задача решается за счет того, что в дистанционирующей решетке, включающей опоясывающую рамку, на которой закреплены в три яруса группы параллельных между собой и расположенных в пространстве между рядами твэл пластин, пластины в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда, причем пластины второго яруса с обеих сторон снабжены прорезями, в которых размещены пластины соответствующих ярусов, а высота пластин второго яруса и глубина прорези выбраны из условия:
2
1
3
1
h=2n+Δ; h=h, n≤h,
где n - глубина прорези;
1
h - высота пластины первого яруса;
2
h - высота пластины второго яруса;
3
h - высота пластины третьего яруса;
Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего ярусов.
Кроме того, пластинами при пересечении образованы ячейки в виде неправильного шестигранника, а в углах опоясывающей рамки на уровне пластин второго яруса выполнены выпуклости, направленные внутрь рамки.
Пластины предыдущего яруса смещены относительно пластин последующего яруса на угол, равный 60°, а в центре решетки установлена дополнительная обечайка, образующая полость и имеющая форму шестигранника, стороны которого расположены напротив вершин опоясывающей рамки.
Конструкция дистанционирующей решетки, в которой пластины в пределах группы установлены с возможностью контакта с твэлами только одного ряда, позволяет обеспечить дистанционирование твэлов в пучках с гексогональным расположением с шагом, значительно превышающим диаметр твэла, уменьшить площадь контакта твэлов с пластинами и более равномерно организовать распределение потока теплоносителя по сечению сборки.
Расположение пластин ярусами, но с возможностью пересечения пластин и перемещения пластин в прорезях, позволяет обеспечить жесткость решетки, надежность фиксации твэлов и компенсацию температурных расширений.
Дистанционирующая решетка данного исполнения позволяет минимизировать площадь контакта твэла с дистанционирующей решеткой и увеличить проходное сечение в районе дистанционирующей решетки.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где
на фиг 1 показано сечение дистанционирующей решетки,
на фиг.2 показан общий вид дистанционирующей решетки.
2
2
1
3
1
Дистанционирующая решетка состоит из выполненной в виде шестигранника опоясывающей рамки 1, на которой закреплены три группы пластин 2, 3, 4, расположенные в три яруса. Пластины 2, 3, 4 размещены в пространстве между рядами твэл 5 параллельно друг другу в пределах группы. Каждая пластина группы установлена с возможностью контакта с твэлами 5 только одного ряда. Пластины 2 смещены относительно пластин 3, а пластины 3 смещены относительно пластин 4 на угол, равный 60°. На пластинах 3 с обеих сторон выполнены прорези 6 (не показаны), в которых расположены пластины 2 и 4 смежных ярусов. При пересечении пластин 2, 3, 4 образованы ячейки, имеющие форму неправильного шестигранника. Высота h пластин 3 выбрана из условия, что h=2n+Δ; а высота h пластин 2 равна высоте h пластин 4. При этом глубина n прорези 6 выбрана из условия, что n≤h;
Δ - величина, на которую высота пластин второго яруса больше высоты пластин первого или третьего ярусов.
В углах опоясывающей рамки 1 на уровне пластин 3 выполнены выпуклости 7, направленные внутрь рамки, что позволит обеспечить температурный режим в угловых ячейках (угловые твэлы) в процессе эксплуатации примерно таким же, как и в других ячейках ТВС.
В центре опоясывающей рамки 1 установлена дополнительная обечайка 8, образующая полость 9 и имеющая форму шестигранника, стороны которого расположены напротив вершин опоясывающей рамки 1. В полости 9 установлен центральный шестигранный вытеснитель для размещения регулирующих стержней 10, а разворот обечайки 8 относительно опоясывающей рамки 1 обеспечивает минимизацию числа замененных твэлов регулирующими стержнями при прочих равных условиях.
Для закрепления пластин 2, 3 и 4 на опоясывающей рамке 1 и обечайке 8 выполнены отверстия 11 и 12, расположенные в три яруса.
Пластины своими концами установлены в отверстия 11 и 12, отогнуты до соприкосновения с рамкой 1 и обечайкой 8 и приварены к ним для исключения выпадения.
При помощи дистанционирующей решетки производится установка твэлов 5 в ТВС с заданным шагом. Твэлы 5 устанавливаются в ячейки, имеющие форму неправильного шестигранника, так чтобы касание было возможно только с тремя гранями, то есть твэл надежно фиксирован на своем месте с возможностью осевого перемещения и изменения диаметра при выгорании топлива.