ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области ядерной техники, в частности, к производству тепловыделяющих элементов энергетических ядерных реакторов.
В технике общеизвестны технические решения, когда в конструкции механизма или устройства предусматривают элементы, выход которых из строя предохраняет разрушение конструкции в целом.
Тепловыделяющие элементы (твэлы) энергетических ядерных реакторов представляют собой, как правило, тонкостенные трубчатые конструкции, заполненные ядерным топливом и загерметизированные по торцам приваренными к ним заглушками. Нередко, заглушки, использующиеся для герметизации твэлов, имеют с наружной части хвостовики. В некоторых конструкциях твэлов, покрайней мере один из хвостовиков, используются, либо в качестве конструктивного элемента для сборки твэла в тепловыделяющие сборки, либо при разборке тепловыделяющих сборок после ее эксплуатации. При этих операциях через хвостовик на оболочку твэла и на сварное соединение, такой заглушки с оболочкой могут передаваться как осевые, так и скручивающие усилия, что может вызвать разрушение оболочки или создать в ней в зоне сварного соединения недопустимые напряжения и деформации.
Известен твэл по патенту РФ №2127457, В 23 К 11/02, 1999, представляющий собой тонкостенную оболочку загерметизированную по торцам заглушками. Заглушки твэла имеют хвостовики, прочностные характеристики к которым по отношению к оболочке не устанавливаются. В результате при использовании такой конструкции возможно повреждение или недопустимая деформация оболочки твэла.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемому решению является твэл по патенту РФ 2082574 С1 6 В 23 К /1102, G С 3/00, 1997 г - прототип, в котором вваренная в оболочку заглушка имеет наружную часть - хвостовик сплошного сечения и диаметром равным среднему диаметру оболочки твэла. Таким образом, площадь сечения хвостовика заглушки превышает площадь сечения оболочки твэла, и соответсвенно прочностные характеристики хвостовика на скручивание и разрыв при использовании его, как силового элемента, существенно выше прочностных характеристик оболочки при нагружении их осевым или скручивающим усилием. В результате возможно повреждение оболочки твэла или создание в ней недопустимых напряжений и деформаций.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эксплуатационной надежности твэла
Решение технической задачи достигается тем, что в известном твэле, содержащем заполненную ядерным топливом оболочку загерметизированную приваренными к ней заглушками, имеющими хвостовики, согласно формуле полезной модели, по крайней мере, одно сечение хвостовика используемого в качестве силового элемента, в зоне приложения силовых нагрузок, имеет прочность меньше прочности оболочки твэла.
Указанная совокупность признаков является новой неизвестной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как наличие хвостовика, прочность которого, по крайней мере, в одном сечении в зоне приложения силовых нагрузок меньше прочности оболочки твэла позволяет предотвратить разрушение оболочки, или ее недопустимую деформацию, и повышает тем самым эксплуатационную надежность твэла, как во время его работы в реакторе, так и при работах связанных с разборкой ТВС после их эксплуатации.
Предлагаемое решение поясняется чертежом. На фигуре показан твэл, по крайней мере, одна заглушка которого со стороны верхнего конца имеет хвостовик, используемый как силовой элемент.
Твэл состоит из оболочки 1, загерметизированной заглушками 2 и 3 при помощи сварных швов 4. Заглушка 3 твэла, снабжена хвостовиком, прочность которого, по крайней мере, в одном сечении 5 в зоне возможных силовых нагрузок, меньше прочности оболочки. Конкретное значение прочности этого сечения в зависимости от используемого материала, профиля сечения и т.д. рассчитывается по известным формулам сопротивления материалов с учетом действующих нагрузок, механических свойств материала и геометрии оболочки.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом. После изготовления твэлы устанавливаются в каркас ТВС, состоящей из расположенных друг за другом дистанционирующих решеток (ДР), количество таких решеток зависит от дины твэла и составляет, как правило от нескольких до полутора десятков штук. твэлы устанавливаются в ДР с гарантированным натягом. Поэтому, чтобы установить твэл в заданное положение к одной из его заглушек прикладывается, осевое усилие. Нередко для облегчения сборки осуществляют поворот твэла на некоторый угол вокруг его оси. Если при этом возникают недопустимые нагрузки, то наиболее слабое сечение хвостовика заглушки разрушается, предохраняя оболочку от недопустимых воздействий. В дальнейшем такой твэл выбраковывается. Аналогичным образом происходит и при работах с твэлами после их эксплуатации, когда за счет разрушения хвостовика предотвращается разрушение или недопустимая нагрузка оболочки осевыми или скручивающими усилиями, чем исключается загрязнение окружающей среды продуктами распада ядерного топлива.