Тепловыделяющая сборка ядерного реактора
NUCLEAR REACTOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.
Проблема заключается в том, что в некоторых конструкциях ТВС ядерных реакторов имеет место локальное увеличение потока нейтронов, которое негативно сказывается на их эксплуатационных характеристиках, в том числе на безопасности и энерговыработке АЭС.
Из уровня техники известна конструкция кассеты АРК, которая является рабочим органом СУЗ ядерного реактора ВВЭР-440 и обеспечивает быстрое прекращение ядерной реакции при срабатывании аварийной защиты, автоматическое регулирование мощности реактора, компенсацию изменения реактивности (отравление, мощностной и температурный эффекты) путем частичного или полного введения в активную зону (АЗ) поглотителя (см. Зверков В.В., Игнатенко Е.И. Ядерная паропроизводящая установка с ВВЭР-440. М.: Энергоатомиздат, 1987, рис. 12, с. 18), состоящая из ТВС и поглощающей надставки. ТВС АРК состоит из пучка твэлов, закрепленного в несущей решетке, расположенного в шестигранном чехле, головки для соединения с приводом и хвостовика с демпфером.
В процессе работы ТВС перемещается по высоте АЗ, в результате чего на стыке ее с надставкой возникает всплеск потока нейтронов, приводящий к увеличению температуры твэлов и теплоносителя на выходе из ТВС.
Для компенсации этого негативного явления в настоящее время в верхней части чехла привариваются поглощающие нейтроны шесть гафниевых пластин, снижающие всплеск потока нейтронов в этом месте.
Однако конструктивно при наличии всплеска нейтронов в других местах такой метод использовать не представляется возможным.
В ТВС реактора РБМК-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990., рис. П. 8.5, с. 319), сборка состоит из двух кассет. На стыке кассет в центре АЗ между заглушками верхнего и нижнего пучков твэлов имеется зазор, приводящий к всплеску потока нейтронов. Величина этого всплеска в допустимых пределах компенсируется конструктивным ограничением величины зазора, который по мере радиационного роста твэлов в процессе эксплуатации уменьшается, тем самым автоматически обеспечивая уменьшение всплеска нейтронов.
В некоторых конструкциях ТВС всплеск нейтронов локализуется в нижней части пучка твэлов и было предложено компенсировать его с помощью дополнительной поглощающей решетки (ПР), установленной на уголках внутри чехла в нижней части пучка твэлов.
Данный метод является наиболее универсальным, т.к. ПР может быть установлена практически в любом месте пучка твэлов по высоте ТВС.
Наиболее близкой к предлагаемой является известная ТВС с ПР, которая представляет собой три группы пластин, образующих вокруг твэлов правильные шестиугольники, имеющие вписанный диаметр, больше диаметра оболочки твэла. Пластины ПР соединены друг с другом в местах пересечения с помощью пазов и сварены электронно-лучевой сваркой, аналогично перемешивающим решеткам ТВСА ВВЭР-1000 (RU67760 от 27.10.2007).
Существенным недостатком известной пластинчатой конструкции ПР является большое количество деталей, сложность сборки и сварки (более 300 швов электронно-лучевой сварки и точечная сварка с уголками), значительно увеличивающих трудоемкость изготовления.
Также пластинчатым решеткам свойственно существенное гидравлическое сопротивление за счет большой смоченной поверхности и малого гидравлического диаметра при одинаковом поперечном сечении, что увеличивает гидравлическое сопротивление ТВС в целом.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции ТВС с ПР, имеющей более простую конструкцию, минимальный объем сварки, более низкую трудоемкость изготовления, меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с известной ТВС при сохранении поперечного сечения ПР, определяющего ее поглощающую способность.
Для устранения этих недостатков предлагается ТВС выполнить с ПР в виде толстой перфорированной пластины, имеющей конические отверстия, с равной поглощающей способностью. При этом в предлагаемой ТВС ПР изготавливается с помощью гидроабразивной резки и установлена широкой частью конусов навстречу потоку теплоносителя.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, уменьшение объема сварки до минимального (остается только сварка с уголками), уменьшение гидравлического сопротивления за счет уменьшения смоченного периметра ПР и снижение трудоемкости ее изготовления при сохранении поглощающей способности.
Данный технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок твэлов, расположенный в шестигранном чехле по правильной треугольной сетке, ПР выполнена в виде шестигранной перфорированной пластины, имеющей конические отверстия для прохода твэлов, диаметр которых больше диаметра оболочки твэла, ориентированной широкой стороной отверстий навстречу потоку теплоносителя, шестигранное отверстие в центральной части и выступы в шести углах по периферии для фиксации ее в чехле.
ПР может быть установлена в пучке твэлов на любой высоте, в том числе и в нижней части.
Диаметр отверстий для прохода твэлов в ПР больше диаметра оболочки твэлов на 0,9…1,4 мм.
ПР, предпочтительно, выполнена из нержавеющей стали.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена ТВС.
На фиг. 2 изображена ПР известной ТВС.
На фиг. 3 изображена ПР предлагаемой ТВС.
Предлагаемая ТВС содержит головку 1, хвостовик 2, поглощающую решетку 3, дистанционирующие решетки 4, твэлы 5.
Известная ПР содержит пластины 6, сваренные в местах пересечения 7.
Для прохождения твэлов известная ПР имеет шестигранные отверстия 8. Закрепляется известная ПР точечной сваркой шести угловых пластин 9 с уголками ТВС.
Предлагаемая ПР выполнена в виде перфорированной пластины 10, имеющей конические 11 и продолговатые отверстия 14 с конусностью для прохода твэлов. На внутреннем и наружном контурах ПР имеет полуотверстия 12. Закрепление ПР производится путем сварки ее в шести углах 13 с уголками ТВС.