УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕНТРИЧНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКЕ
DEVICE TO FIX CONCENTRIC RING FUEL ELEMENTS IN FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к устройствам крепления концентричных кольцевых тепловыделяющих элементов (твэлов) в тепловыделяющей сборке (ТВС).
Известна ТВС, содержащая корпус, кольцевые твэлы с оболочками, расположенными с зазором относительно друг друга, и сборную камеру перегретого пара с патрубком отвода пара, твэлы снабжены, по крайней мере, с одной стороны цилиндрическими концевыми деталями с осевыми отверстиями и внутри твэлов с зазором установлены трубы, которые нижними концами закреплены в трубной доске, отделяющей твэлы от камеры с теплоносителем, а корпус соединен со сборной камерой перегретого пара, отделенной от межтвэльного пространства перегородкой, при этом твэлы кольцевыми деталями закреплены с зазором относительно трубной доски, и через них выведены в межтвэльное пространство верхние концы труб (см. например, патент России №2030796, МПК G21C 1/08, G21C 3/32, заявлен 14.10.1991).
Недостатком известной конструкции ТВС является то, что кольцевые твэлы жестко закреплены в концевых деталях и нет возможности размещения нескольких концентричных кольцевых твэлов.
Известна ТВС для ядерного реактора с органическим теплоносителем, включающая чехол, кольцевые концентрично расположенные твэлы, верхнюю и нижнюю опорные решетки, установленный по оси ТВС вытеснитель, головку и хвостовик, в которой, с целью повышения глубины выгорания ядерного топлива путем снижения максимальной толщины слоя отложений высококипящих продуктов разложения органического теплоносителя на боковых поверхностях кольцевых твэлов, торцовые поверхности последних размещены в верхней и нижней опорных решетках с возможностью вращения кольцевых твэлов вокруг оси ТВС, на внешних боковых поверхностях кольцевых твэлов и вытеснителя выполнены ребра шириной менее ширины кольцевого зазора между смежными кольцевыми твэлами в виде винтовой спирали и имеющие режущую кромку, причем направления винтовых спиралей в смежных кольцевых твэлах или вытеснителе и смежном с ним кольцевом твэле противоположные (см. например, авторское свидетельство СССР №1448940, МПК G21C 3/36, заявлено 05.01.1987).
Недостатком данной конструкции крепления кольцевых твэл является возможность вращения кольцевых твэл вокруг оси в местах крепления, что может привести к фретингу твэлов, приводящему к снижению надежности ТВС и уменьшению ресурса.
Наиболее близким к предлагаемому решению является пружинное дистанционирующее устройство концентричных кольцевых твэл, содержащее два жестких радиальных ребра и одно упругое, равномерно расположенные по периферии твэла. Упругое ребро соединено с твэлом спиральной пружиной, навитой вокруг части твэла, являющейся держателем ребер. В радиальных направляющих пазах в держателе размещаются концевые части упругого ребра, так что упругое ребро может только радиально перемещаться под действием пружины. Таким образом, устройство обеспечивает радиальное дистанционирование твэла в пределах прохода для теплоносителя с помощью подпружиненных, радиально подвижных ребер. Указанные подвижные ребра служат для удержания твэла в заданном положении, обеспечивая самодистанционирование, в случае, если при работе реактора возникнут искривляющие напряжения (см. например, патент США №3105037, НПК 204-193.2, заявлено 04.12.1961).
Недостатками указанной конструкции крепления кольцевых твэлов являются:
1. сложность конструкции, невозможность применения устройства из-за больших габаритов межтвэльного крепления и, следовательно, снижение его надежности;
2. сложность конструкции устройства при установке трех концентричных твэл в заданных габаритах;
3. усложнение конструкции перегрузочной машины и увеличение ее массогабаритных размеров, т.к. придется извлекать из канала реактора составные ТВС за один раз на всю высоту активной зоны.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства крепления кольцевых твэл и повышение надежности его работы.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве крепления концентричных кольцевых тепловыделяющих элементов в тепловыделяющей сборке, содержащем кольцевые тепловыделяющие элементы и дистанционирующий элемент между ними, концентричные кольцевые тепловыделяющие элементы снабжены наружными ребрами, дистанционирующий элемент выполнен в виде дистанционирующей решетки, состоящей из опорных кольцевых оснований в количестве, равном числу кольцевых твэлов, соединенных радиальными перегородками, при этом на одном из торцов дистанционирующей решетки, на каждом основании в направлении твэлов установлены минимум по три пальца.
В пальцах внешнего основания предусмотрены кольцевые проточки, для дополнительного крепления твэл с помощью зачеканки ребра твэла в проточку.
Кольцевые твэлы установлены между пальцами по прессовой посадке.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на Фиг. 1 - узел крепления твэл в ТВС,
на Фиг. 2 - вид А фиг. 1,
на Фиг. 3 - вид Б фиг 1.
Устройство крепления твэл в ТВС состоит из дистанционирующей решетки 1 и твэл 2. В предлагаемом примере используются три кольцевых концентричных твэл 2.
Дистанционирующая решетка 1 представляет собой конструкцию из трех кольцевых оснований 3, равную количеству твэлов 2, соединенных между собой радиальными перегородками 4. На одном из торцов дистанционирующей решетки 1 в направлении твэлов 2 установлены пальцы 5. Пальцы 5 предназначены для крепления твэл 2 по прессовой посадке. Кольцевой (втулочный) твэл 2 представляет собой трубчатую конструкцию, содержащую топливо и снабженную наружным ребром 6.
В паре пальцев 5 для внешнего опорного кольца 3 предусмотрена кольцевая проточка 7 для дополнительного крепления тепловыделяющих элементов 2 с помощью зачеканки (замятия) ребра 6 тепловыделяющего элемента 2 в данную проточку 7.
Узел крепления твэлов в ТВС собирается следующим образом:
- в дистанционирующую решетку 1 поочередно устанавливаются по прессовой посадке кольцевые твэлы 2;
- производится контроль усилия съема (сдергивания) дистанционирующей решетки 1 с твэлов 2;
- производят дополнительное крепление внешнего твэла 2 в дистанционирующей решетке 1, путем замятия (зачеканивания) ребра 6 твэла 2 в кольцевую проточку 7 пальцев 5.
Устройство работает следующим образом. При работе реактора, в том числе и ТВС, данное устройство испытывает минимальные усилия съема твэл 2 с дистанционирующей решетки 1, т.к. в реакторе предусматрено специальное приспособление (не показанное на чертежах), которое снимает все нагрузки от движения теплоносителя, а максимальные усилия (нагрузку) съема (сдергивания) дистанционирующих решеток 1 с твэлов 2 возникают при перегрузке реактора (загрузка, выгрузке), из-за совместного трения ТВС и направляющего канала (на чертежах не показан), а также их не прямолинейности. Устройство за счет прессовой посадки твэл 2 в дистанционирующих решетках 1 и дополнительной зачеканки ребра 7 твэла 2 в кольцевую проточку 6 дистанционирующей решетки 1 обеспечивает допустимое усилие съема, равное минимально десяти массам ТВС. Таким образом, устройство обеспечивает целостность ТВС при максимальных возможных усилиях, возникающих при загрузке и выгрузке ТВС.
Предлагаемое изобретение обеспечивает упрощение конструкции устройства крепления кольцевых твэл и повышение надежности его работы.