СТРУКТУРА ПЛАСТИНЧАТОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
STRUCTURE OF PLATE GRID FOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к области ядерной техники, а именно к дистанционирующим и перемешивающим устройствам для тепловыделяющей сборки (ТВС) с треугольной схемой расположения стержней - тепловыделяющих элементов (твэлов), и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР.
Известна конструкция двухъярусной смесительной решетки, где непосредственно смесительная решетка пристыковывается в виде верхнего яруса к штатной дистанционирующей решетке, содержащей набор отдельных трубчатых ячеек для размещения твэлов с треугольной схемой их расположения в ТВС (см. заявку Германии №10122489, кл. G21C 3/322, опубл. 28.11.2002 г.). Верхний ярус с ячейками шестиугольной формы образован из пересекающихся полос, которые снабжены направляющими (отклоняющими) лопатками, отогнутыми внутрь ячеек. С помощью совокупности близко расположенных таких трех лопаток образованы локальные трехлопастные завихрители, предназначенные для закрутки теплоносителя между соседними тремя твэлами. Это способствует его перемешиванию и соответственно выравниванию теплосодержаний и температур теплоносителя в проходном сечении ТВС.
Недостатком такой конструкции решетки является недостаточная эксплутационная надежность ТВС. Это обусловлено возможностью изменения заданной геометрии дефлектора при механических и гидравлических на него воздействиях из за отсутствия жесткой фиксации заданной величины угла отгиба лопаток. Отклонение от этой величины приведет к снижению эффективности воздействия лопаток на поток теплоносителя, а следовательно, к преждевременному возникновению кризиса теплоотдачи и уменьшению запаса по величине критической мощности.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой структуре решетки является структура дистанционирующей решетки для ТВС с треугольной схемой расположения стержней (см. заявку Великобритании 2277191 А, кл. G21C 3/352, опубл. 19.10.94 г.). Техническое решение по указанной заявке выбираем за прототип.
Указанная структура решетки образована с помощью трех групп взаимно пересекающихся под углом 120° друг к другу, параллельных между собой в каждой группе полос, снабженных прорезями в местах пересечения, центрирующими упорами, расположенными между соседними прорезями, образующих при пересечении ячейки шестиугольной формы для размещения твэлов и каналы треугольной формы для прохождения теплоносителя. На верхних кромках одной группы полос размещены смесительные лопатки четырехугольной формы, которые отогнуты у их основания в сторону каналов треугольной формы. С помощью воздействия лопаток на поток теплоносителя осуществляется его перемешивание и соответственно выравнивание теплосодержаний и температур теплоносителя в проходном сечении ТВС.
Недостатком такой конструкции решетки-прототипа является недостаточная эксплутационная надежность ТВС. Во-первых, она обусловлена возможностью изменения заданной величины угла отгиба лопаток при механических и гидравлических на нее воздействиях из-за отсутствия жесткой фиксации лопатки. Отклонение от этой величины приведет к снижению эффективности воздействия лопаток на поток теплоносителя. Во-вторых, она обусловлена формированием лопаток только на одной группе полос с противоположной ориентацией лопаток между собой. Под действием этих лопаток в пределах проходного сечения двух треугольных каналов образуются встречные короткодействующие поперечные течения, которые вызывают уменьшение не только интенсивности перемешивания, но и осаждения жидкости на поверхность твэлов при наличии двухфазного потока теплоносителя. Это приводит к преждевременному возникновению кризиса теплоотдачи и уменьшению запаса по величине критической мощности.
Технической задачей является создание структуры решетки, позволяющей повысить эксплутационную надежность ТВС за счет получения гарантированного повышения величины критической мощности путем образования с помощью локальных завихрителей устойчивых вращательных течений теплоносителя между тремя твэлами, которые вызывают эффективное перемешивание теплоносителя между ячейками и способствуют наибольшему осаждению жидкости на поверхность твэлов при возникновении парожидкостной смеси в проходном сечении ТВС.
Поставленная задача решается за счет того, что в структуре решетки для ТВС с треугольной схемой расположения твэлов, содержащей три группы взаимно пересекающихся под углом 120° друг к другу и параллельных между собой в каждой группе полос, снабженных прорезями в местах пересечения и центрирующими упорами, расположенными между прорезями, и образующих при пересечении ячейки шестиугольного поперечного сечения для размещения твэлов и каналы треугольного поперечного сечения, и смесительными лопатками, расположенными на кромках полос и отогнутыми у их основания в сторону каналов, при этом лопатки размещены на полосах всех трех групп таким образом, что в сторону каждого канала отогнуты по одной лопатке с каждой стороны до опорного контакта друг с другом всех трех лопаток с образованием локального завихрителя.
Кроме того, смесительные лопатки могут быть соединены друг с другом в местах опорного контакта, например, пайкой.
Кроме того, верхняя часть каждой смесительной лопатки может имеет отгиб, контактирующий с поверхностью неотогнутой части соседней лопатки соответствующего локального завихрителя.
Указанная совокупность признаков позволяет создать надежные в работе локальные завихрители и получить с их помощью при наличии потока теплоносителя его устойчивые вращательные течения между тремя твэлами. Такие течения вызывают не только эффективное перемешивание теплоносителя между ячейками, но и способствуют наибольшему осаждению жидкости на поверхность твэлов при возникновении парожидкостной смеси в проходном сечении ТВС по сравнению с прототипом, а следовательно, получить гарантированное повышение величины критической мощности.
Таким образом, предложенное техническое решение, по сравнению с ближайшим аналогом, повышает эксплуатационную надежность ТВС вследствие получения гарантированного повышения величины критической мощности путем образования с помощью надежных локальных завихрителей устойчивых вращательных течений теплоносителя между тремя твэлами.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен вид сверху структуры решетки (пентрующие упоры не показаны);
на фиг.2 изображено два варианта полос с разными вариантами расположения смесительных лопаток;
на фиг.3 изображен вид в изометрии структуры решетки с локальными завихрителями, каждый из которых представляет совокупность трех лопаток;
на фиг.4 показан принцип работы данной структуры решетки из полос, представленных на фиг.2а;
на фиг.5 изображен вариант полосы с другой формой смесительных лопаток;
на фиг.6 изображен вид в изометрии локального завихрителя из полос, представленных на фиг.5.
Структура решетки для тепловыделяющей сборки с треугольной схемой расположения твэлов состоит из ячеек 1 шестиугольного сечения, предназначенных для размещения твэлов 2, каналов 3 треугольного сечения и расположенных над ними по ходу потока теплоносителя локальных завихрителей 4. Ячейки 1 и каналы 3 образованы при пересечении под углом 120° друг к другу трех групп параллельных между собой полос 5, 6 и 7. Полное или частичное совмещение этих полос обеспечено прорезями 8. Локальные завихрители 4 представляют собой совокупность трех смесительных лопаток 9 четырехугольной формы, которые размещены на верхних кромках полос 5, 6 и 7 и отогнуты у их основания в сторону каналов 3 до выполнения возможности опорного примыкания их верхних частей между собой.
В данном случае два соседних канала 3 имеют одинаковое поперечное сечение в форме равностороннего треугольника, а лопатки 9 могут иметь четырехугольную форму, как показано на фиг.2, - форму, близкую к форме параллелограмма. Для осуществления прохода теплоносителя между отогнутыми лопатками 9 длина основания лопатки 9 должна быть меньше длины стороны равностороннего треугольника. В другом варианте верхняя часть лопатки 9 может быть выполнена в иной форме по сравнению с показанной на фиг.2 ее нижней частью, например, иметь с одной стороны расширение трапецеидальной формы и боковой сгиб на этом расширенном участке (фиг.5). В этом случае при наличии бокового сгиба в верхней части лопаток 9 в сторону каналов 3 можно произвести опорное примыкание образованного отгиба верхней части одной лопатки 9 с неотогнутой верхней частью соседней лопатки 9 (фиг.6). Это позволяет увеличить площадь опорного примыкания между верхними частями двух соседних лопаток 9 и выполнить соединение между ними, например, при помощи сварки.
Чтобы задать при наличии расхода теплоносителя его струям различные направления закрутки на выходе из двух соседних каналов 3, расположение лопаток 9 на верхней кромке полос 5, 6 и 7 должно соответствовать первому варианту, показанному на фиг.2а. В случае использования второго варианта расположения лопаток 9 направление закрутки в каналах 3 будет одинаковым.
Все элементы структуры решетки могут быть изготовлены из металлического полосового материала и скреплены в местах плотного примыкания при помощи сварки.
Структура решетки используется в работе следующим образом.
Решетка, конструкция которой основана на предложенной структуре (фиг.1), устанавливается в ТВС перпендикулярно ее продольной оси и закрепляется на продольных силовых элементах ТВС, например на направляющих каналах. При этом в местах прохождения данных элементов через решетку ячейки могут отсутствовать. Твэлы 2 проходят внутри ячеек 1. В активной зоне ядерного реактора ТВС омывается теплоносителем, с помощью которого производится охлаждение поверхности твэлов 2. Струя теплоносителя, входящая в проходное сечение канала 3, далее на его выходе под воздействием надежного локального завихрителя приобретает устойчивое вращательное течение в течение всего времени работы ТВС. Например, на фиг.4 линиями тока 10 показаны вращательные течения, образующиеся на выходе из структуры решетки, образованной тремя группами полос, показанными на фиг.2а.
В результате образования таких течений создается эффективное устойчивое перемешивание теплоносителя и в случае образования двухфазного потока происходит интенсивное осаждение жидкости на поверхность твэлов. Это приводит к гарантированному повышению запаса по величине критической мощности по сравнению с прототипом, а следовательно, и эксплутационной надежности ТВС.
На основе предложенной структуры решетки можно создавать как дистанционирущие перемешивающие решетки, так и только перемешивающие решетки, которые в отличие от первых не содержат центрирующих упоров для фиксации твэлов. Причем такие перемешивающие решетки могут не содержать предохранительных упоров, предназначенных для устранения возможности случайного контакта оболочки твэла со смесительными лопатками.