ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
FUEL ASSEMBLY OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.
Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-1000, ВВЭР-440 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990, рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319), которые состоят из головки, хвостовика и пучка твэлов, закрепленных в нижней несущей решетке и соединенных между собой дистанционирующими решетками (ДР), закрепленными на центральной трубе.
Известна ТВС ядерного реактора типа ВВЭР-1000, содержащая ДР с ободами, на каждой кромке граней которых имеются отбойники в виде пластин, наклоненных под определенным углом к оси ТВС, для обеспечения незацепляемости ДР соседних ТВС при перегрузке и перемешивания теплоносителя с целью выравнивания температуры теплоносителя по сечению ТВС (RU 2163036 С2, опуб. 10.02.2001). Причем обода ДР выполнены из составных частей, соединенных внахлестку сварными соединениями и приваренных точечной сваркой к ячейкам ДР.
Недостатками известной ТВС является повышенное гидравлическое сопротивление ДР, вызванное наличием отбойников по всей длине всех кромок ободов всех ДР, низкая эффективность перемешивания при наличии разнонаправленных отбойников на верхней и нижней кромках обода одновременно, трудоемкость выполнения соединений составных частей ободов.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является бесчехловая тепловыделяющая сборка ядерного реактора (ТВСА ВВЭР-1000), содержащая твэлы 1 и направляющие каналы (НК), закрепленные в нижней опорной решетке (HP) 7 и соединенные между собой ДР 2, закрепленные на центральной трубе и уголках 3, прикрепленных винтами 6 к хвостовику 4. Для обеспечения загрузки-выгрузки ТВС имеет головку 5 (см. фиг. 1).
Дистанционирующая решетка ТВСА ВВЭР-1000 (см. фиг. 2) состоит из трубчатых ячеек двух типов и 6-ти составных частей - секторов обода 7, соединяемых контактной точечной сваркой.
Сектор обода известной ТВСА ВВЭР-1000 (см. фиг. 3) также имеет зубчатую форму на верхней и нижней кромках для обеспечения незацепляемости его при перегрузке бесчехловых ТВС.
Аналогичную конструкцию имеет ДР рабочей кассеты 3-го поколения (РК-3) ВВЭР-440.
Задачей изобретения является обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС типа ВВЭР.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению при сохранении гидравлического сопротивления ТВС на прежнем уровне.
Технический результат достигается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей головку, хвостовик, пучок твэлов, размещенный вертикально в каркасе, включающем дистанционирующие решетки, состоящие из сваренных между собой трубчатых ячеек для расположения твэлов и пластинчатых секторов по контуру, сваренных с периферийными ячейками дистанционирующих решеток, и соединенные между собой уголками, направляющими каналами и центральной трубой, имеющие на кромках между уголками в промежутках между периферийными твэлами отклоняющие пластины 8, отогнутые внутрь пучка твэлов, и расширения на концах для сварки с уголками, отличающаяся тем, что на каждом секторе между угловыми твэлами в расширениях под уголками на уровне верхних отклоняющих пластин выполнены дополнительные отклоняющие пластины, а нижняя прямолинейная кромка секторов между уголками загнута внутрь пучка твэлов на величину не более толщины стенки ячейки.
Угол между отклоняющим элементом и плоскостью, являющейся продолжением плоскости наружной поверхности грани обода, предпочтительно выбирают из интервала 5-20°. При меньших углах снижается эффективность перемешивания теплоносителя, а при больших - существенно повышается гидравлическое сопротивление ДР.
Наличие отклоняющих элементов под уголками 9 интенсифицирует теплообмен в одной из наиболее теплонапряженных областей сечения ТВС.
Анализ условий загрузки-выгрузки ТВС в реактор показывает, что для обеспечения незацепляемости достаточно наличие отогнутых пластин только на одной кромке обода, причем либо у всех ДР на верхней, либо у всех ДР на нижней. Исключение отогнутых пластин на одной из кромок обода приводит к уменьшению гидравлического сопротивления ТВС.
Целесообразно выполнить отогнутые пластины на верхней кромке обода по двум причинам. Во-первых наибольшее гидравлическое сопротивление ДР реализуется на входе потока теплоносителя в ДР, который движется через ТВС снизу вверх, т.е. на нижней кромке. Во-вторых, отогнутые пластины на верхней кромке можно использовать в качестве лопаток, направляющих относительно более холодный теплоноситель из межкассетного пространства к внутренним слоям твэлов, что повышает теплотехническую надежность ТВС и дает возможность эксплуатировать АЭС на повышенной мощности.
Дополнительно, исключение отогнутых пластин на нижней кромке обода приводит к снижению металлоемкости ДР и соответствующему снижению трудоемкости изготовления.
Загиб 10 на нижней кромке обода ДР выполнен для облегчения скольжения нижней кромки по отклоняющим пластинам верхней кромки обода и предотвращения повреждения оболочки твэлов ТВС при случайном контакте в процессе изготовления и транспортировки.
Для изготовления обода предлагаемой ТВС предпочтительно использовать технологию газолазерной резки (ГЛР) по следующим причинам.
В настоящее время изготовление секторов ободов ДР ВВЭР-1000 производится с помощью вырубных штампов. К недостаткам существующей технологии изготовления этих комплектующих деталей можно отнести следующее:
низкую производительность из-за большого количества вырубных операций с последующим снятием заусенцев между ними (многоступенчатый процесс изготовления);
высокую стоимость вырубных штампов;
существенно ограниченную стойкость вырубных штампов в процессе эксплуатации;
наличие промежуточных операций по обезжириванию;
межоперационное перемещение деталей;
межоперационное «пролеживание» деталей.
Процесс лазерного раскроя секторов обода включает в себя всего две технологические операции:
зажатие листа в приспособлении;
2
лазерную резку по программе с давлением газа 2,5…12 кгс/см в зависимости от толщины листового материала.
Для удаления продуктов резки, обеспечения защиты поверхности металла и кромок от воздействия атмосферы в зоне воздействия лазерного излучения применяется газ - аргон, который подается в зону резки по заводской магистрали.
Технология газолазерной резки обладает следующими преимуществами:
вырез контура нескольких секторов производится за одну установку;
высокая скорость резки (30…60 мм/с);
высокая точность изготовления секторов;
низкая стоимость изготовления;
неограниченная стойкость инструмента;
требуемая коррозионная стойкость поверхности и кромок секторов в условиях эксплуатации.
Кроме существенного экономического эффекта замена штатной технологии вырубки секторов ободов ДР ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 на газолазерную резку даст также возможность сокращения производственных площадей.
Изобретение поясняется графическими материалами.
На фиг.1 изображена конструкция ТВСА ВВЭР-1000.
На фиг.2 изображена конструкция известной ДР.
На фиг.3 изображена конструкция сектора обода известной ДР.
На фиг.4 изображена конструкция сектора обода предлагаемой ТВС.
На фиг.5 изображено сечение сектора А-А.