Дистанционирующая и перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Дистанционирующая и перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора
Решение относится к области атомной техники, конкретно к конструкциям перемешивающих дистанционирующих решеток для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.
Дистанционирующие решетки обеспечивают фиксацию и заданный шаг расположения тепловыделяющих элементов между собой. Расстояние между стержневыми элементами остается неизменным в течении всего срока эксплуатации тепловыделяющей сборки за счет жесткой фиксации в ячейках дистанционирующей решетки.
Для выравнивания теплогидравлических характеристик теплоносителя, а также обеспечения равномерности температурного поля поперечного сечения кассеты применяются перемешивающие решетки, включающие в себя специальные элементы - лепестки, которые создают турбулизацию потока теплоносителя и его перемешивание в межтвэльном пространстве, обеспечивая необходимую интенсификацию теплообмена
Известна дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными пересекающимися полосами, и завихрители потока теплоносителя (US 5365557, G 21 3/322, 15.11.1994). В данной конструкции в полосах выполнены фигурные вырезы, которые скручены различным образом.
Известна также дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, образованные перпендикулярными пересекающимися полосами, в которых выполнены вырезы и отштампованы дистанционирующие выступы (US 6236702, G 21 3/34, 22.05.2001). В данной конструкции в верхней части пластин выполнены лепестки, которые отогнуты с целью перемешивания теплоносителя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является дистанционирующая решетка, содержащая ячейки, предназначенные для установки тепловыделяющих элементов и образованные перпендикулярными пересекающимися пластинами, на краях которых на выходе потока теплоносителя выполнены отогнутые лопатки, предназначенные для перемешивания теплоносителя (US 6526116, G21C 3/322, 25.02.2003). В известной конструкции в пластинах выполнены вырезы, которые отогнуты и образуют дистанционирующие выступы.
Известные дистанционирующие решетки, с одной стороны, должны иметь достаточную жесткость для увеличения жесткости каркаса тепловыделяющей сборки в целом, а, с другой стороны, дистанционирующие выступы, образованные за счет вырезов в пластинах, должны иметь определенную упругость, обеспечивая при этом необходимую степень фиксации тепловыделяющих элементов.
Задачей является создание новой конструкции перемешивающей дистанционирующей решетки, обладающей улучшенными показателями характеристик, а также упрощение технологического процесса сборки решетки с использованием технологически более простых и менее дорогостоящих в изготовлении деталей.
Технический раезультат - увеличение жесткости ячеек, надежности фиксации топливных стержней и общей жесткости кассеты.
Технический результат достигается тем, что в перемешивающей дистанционирующей решетке, состоящей из взаимно перпендикулярных в двух плоскостях пластин, соединенных в пазах до середины пластины, образующих в квадратном поперечном сечении пластин обоюдные каналы решетки с закрепленными в них дистанционирующих ячеистых элементов - колец, а также полуколец, ячеистый элемент имеет кольцевидную форму, содержит выступы под сварку, а ось симметрии находится с центре пересечения пластин, в месте расположения которого полукольца ограничивают на ободе решетки пластинчатые элементы прямого гиба, соударяющиеся при срыве решетки с элементами конструкции противоположной стороны решетки.
Перемешивающая дистанционирующая решетка, полученная взаимным пересечением перпендикулярно расположенных пластин в специально выполненных пазах, которые образуют ячейки формы квадрата в поперечном сечении и имеют также пазы с обеих сторон для установки в них дистанционирующих ячеистых элементов - колец и полуколец, устанавливающихся сверху перекрестья пластин на всю глубину паза. Данная особенность позволяет располагать ячеистые элементы с обеих торцевых сторон решетки. Наибольшая жесткость конструкции решетки, а, следовательно, и кассеты достигается за счет расположения трубчатого ячеистого элемента, таким образом, что его ось симметрии совпадает с осью перекрестья пластин. Также жесткость обеспечивается дополнительным укреплением, за счет закрепления ячеистых элементов с решеткой, осуществляемое сваркой плавлением, для чего на торцах колец в местах выполнены выступы под сварку.
Обод решетки, во внутренней области в направлении движения теплоносителя имеет пластинчатые элементы - специальный стопорный механизм, выполненный путем прямого гиба пластин устройства и ориентированный внутрь решетки. Функция данного механизма заключается в том, чтобы обезопасить от механических повреждений конструктивные элементы, в первую очередь дефлекторы, при срыве перемешивающей дистанционирующей решетки с закрепленного им места на кассете и соударении с другой решеткой. Пластинчатые элементы поддерживаются торцевой частью прилегающих, перпендикулярно расположенных пластин, обеспечивая необходимую жесткость стопорного механизма. Особенностью данной конструкции является то, что при срыве и дальнейшем соударении с ближайшей решеткой, не меняется ее положение в плоскости перпендикулярной направлению теплоносителя, т.е. не происходит перекоса решетки, что защищает дистанционирующие и тепловыделяющие элементы от повреждений, за счет выполненных на стороне выхода теплоносителя из решетки, специальной конструкции, обеспечивающей плотное прилегание отогнутых пластин стопорного механизма ударяющей решетки, обеспечивая правильную стыковку; конструкция выполнена таким образом, что инверсионно повторяет геометрию отогнутых элементов.
На ободе решетки, во внутренней области, в направлении движения теплоносителя, ограниченной дистанционирующими кольцами,
располагаются пластинчатые элементы - специальный стопорный механизм, выполненный путем прямого гиба пластин устройства и ориентированный внутрь решетки, с линией гиба расположенной на нижнем основании элемента. Функция данного механизма заключается в том, чтобы обезопасить от механических повреждений конструктивные элементы, в первую очередь дефлекторы, при срыве перемешивающей дистанционирующей решетки с закрепленного им места на кассете и соударении с другой решеткой. Пластинчатые элементы поддерживаются торцевой частью прилегающих, перпендикулярно расположенных пластин, обеспечивая необходимую жесткость стопорного механизма. Особенностью данной конструкции является то, что при срыве и дальнейшем соударении с ближайшей решеткой, не меняется ее положение в плоскости перпендикулярной направлению теплоносителя, т.е. не происходит перекоса решетки, что защищает дистанционирующие и тепловыделяющие элементы от повреждений, за счет выполненных на стороне выхода теплоносителя из решетки, специальной конструкции, обеспечивающей плотное прилегание отогнутых пластин стопорного механизма ударяющей решетки, обеспечивая правильную стыковку; конструкция выполнена таким образом, что инверсионно повторяет геометрию отогнутых элементов и обеспечивает жесткое прилегание при стыковке пластин.
На пластинах, в местах взаимного пересечения, размещены пластинчатые перемешивающие лепестки, ориентированные в пространстве так, что острой частью в профиле они обращены в сторону ячеистого дистанционирующего элемента, и отогнутые таким образом, что в плоскости перпендикулярной направлению движения теплоносителя лепесток образует кривую повторяющую геометрию ячеистого элемента, установленного в данном перекрестье пластин. Такое расположение и геометрия дефлекторов обеспечивают эффективное закрутку теплоносителя в межтвэльном пространстве.
Суть изобретения раскрывается полным образом графически на чертежах:
фиг. 1 - фрагмент перемешивающей дистанционирующей решетки;
фиг. 2 - боковая проекция пластины;
фиг. 3 - изометрическая проекция ячеистых элементов;
фиг. 4 - тавровое вставное соединение;
фиг. 5 - стопорный механизм со стороны входа теплоносителя;
фиг. 6 - стопорный механизм со стороны выхода теплоносителя;
фиг. 7 - фрагмент перемешивающей дистанционирующей решетки на выходе теплоносителя;
фиг. 8 - фрагмент области направляющего канала.
Решетка представляет собой пересекающиеся взаимно перпендикулярные в двух плоскостях пластины (1), (2), соединенных между собой в специально выполненных пазах (3) (фиг. 2), выполненных до середины пластины (фиг. 2), образуя ячейки (4) формы квадрата в поперечном сечении. Также с обеих сторон пластина (фиг. 2) имеет специальные пазы квадратного сечения (5) для установки и последующего закрепления сваркой плавлением дистанционирующих ячеистых элементов (фиг. 3) - колец (6), полуколец (7), угловых колец (8), фиксирующих тепловыделяющие элементы (10). Для этого на данных элементах (фиг. 3), на торцевой области в перекрестье с решеткой, выполнены выступы под сварку (9). Пластины расположенные на периферии решетки (фиг. 4) (11), имеют конструктивную особенность, в них пазы (12) находятся в центре и занимают одну треть от длины для таврового вставного соединения к перпендикулярно ориентированным пластинам (13).
На переферийных решетках (11), со стороны входа теплоносителя, на их торцах располагается стопорный пластинчатый механизм (фиг. 5) представляющий собой пластину прямого гиба и скругленными свободными гранями ориентированный внутрь решетки (14). Для увеличения жесткости механизма на перпендикулярно расположенных пластинах (13), на их торцах, выполнена поддерживающая конструкция (15), повторяющая контур отогнутой пластины (14). При срыве и дальнейшем соударении с ближайшей решеткой, для предотвращения деформации тепловыделяющих элементов, ячеистых элементов, дефлекторов и жесткой фиксации, специальная конструкция (фиг. 6), обеспечивающей плотное прилегание отогнутых пластин стопорного механизма ударяющей решетки и правильную стыковку; конструкция выполнена таким образом (16), что инверсионно повторяет геометрию отогнутых элементов (14).
На (фиг. 7) в местах взаимного пересечения пластин (1) (2), размещены пластинчатые перемешивающие дефлекторы (17),
ориентированные в пространстве так, что острой частью (18) в профиле они обращены в сторону ячеистого дистанционирующего элемента, и отогнутые таким образом, что в плоскости перпендикулярной направлению движения теплоносителя дефлектор образует кривую повторяющую геометрию ячеистого элемента, установленного в данном перекрестье пластин, создавая закрутку теплоносителя в межтвэльном пространстве. В области направляющего канала (фиг .8), ограничивающие его пластины (19) выполнены плотно обтекая по внешнему контуру направляющий канал (20), габариты которого превышают размер ячейки, образуя особенность расположения дефлекторов (17) центральных пластин (19) - отсутствие одного из-за взаимопересечения с направляющим каналом (20).
Перемешивающая дистанционирующая решетка, полученная взаимным пересечением перпендикулярно расположенных пластин в специально выполненных пазах, которые образуют ячейки формы квадрата в поперечном сечении и имеют также пазы с обеих сторон для установки в них дистанционирующих ячеистых элементов - колец и полуколец, устанавливающихся сверху перекрестья пластин на всю глубину паза. Данная особенность позволяет располагать ячеистые элементы с обеих торцевых сторон решетки. Наибольшая жесткость конструкции решетки, а, следовательно, и кассеты достигается за счет расположения трубчатого ячеистого элемента, таким образом, что его ось симметрии совпадает с осью перекрестья пластин. Также жесткость обеспечивается дополнительным укреплением, за счет закрепления ячеистых элементов с решеткой, осуществляемое сваркой плавлением, для чего на торцах колец в местах выполнены выступы под сварку.
Обод решетки, во внутренней области в направлении движения теплоносителя имеет пластинчатые элементы - специальный стопорный механизм, выполненный путем прямого гиба пластин устройства и ориентированный внутрь решетки. Функция данного механизма заключается в том, чтобы обезопасить от механических повреждений конструктивные элементы, в первую очередь дефлекторы, при срыве перемешивающей дистанционирующей решетки с закрепленного им места на кассете и соударении с другой решеткой. Пластинчатые элементы поддерживаются торцевой частью прилегающих, перпендикулярно расположенных пластин, обеспечивая необходимую жесткость стопорного механизма. Особенностью данной конструкции является то, что при срыве и дальнейшем соударении с ближайшей решеткой, не меняется ее положение в плоскости перпендикулярной направлению теплоносителя, т.е. не происходит перекоса решетки, что защищает дистанционирующие и тепловыделяющие элементы от повреждений, за счет выполненных на стороне выхода теплоносителя из решетки, специальной конструкции, обеспечивающей плотное прилегание отогнутых пластин стопорного механизма ударяющей решетки, обеспечивая правильную стыковку; конструкция выполнена таким образом, что инверсионно повторяет геометрию отогнутых элементов.
На пластинах, в местах взаимного пересечения, размещены пластинчатые перемешивающие лепестки, ориентированные в пространстве так, что острой частью в профиле они обращены в сторону ячеистого дистанционирующего элемента, и отогнутые таким образом, что в плоскости перпендикулярной направлению движения теплоносителя лепесток образует кривую повторяющую геометрию ячеистого элемента, установленного в данном перекрестье пластин. Такое расположение и геометрия лепестков, которые создают турбулизацию потока теплоносителя и его перемешивание в межтвэльном пространстве, обеспечивая необходимую интенсификацию теплообмена.