ОТБОЙНАЯ РЕШЕТКА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
BAFFLE PLATE OF NUCLEAR REACTOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), служащим для предотвращения выхода твэлов (тепловыделяющих элементов) или их фрагментов за пределы активной зоны, а также для выравнивания температуры теплоносителя на выходе из ТВС.
Из уровня техники известна отбойная решетка ТВС реактора ВВЭР-440 щелевого типа, например, 440.01.004-01, выполненная в виде шестигранной пластины толщиной 2 мм. Решетка имеет 21 паз для прохода теплоносителя (ширина паза 7 мм, перемычка между пазами 4, 5 мм) и отверстие под центральную трубу. Решетка устанавливается на нижнем торце корпуса головки и соединяется с ней посредством сварки по трем углам. Материал решетки - сортовой прокат из нержавеющей стали типа Х18Н10Т (А.Н.Брик, Д.А.Олексюк. Методика учета влияния неполного перемешивания теплоносителя на показания кассетных термопар реакторов ВВЭР-440. 16-й симпозиум AFR по физике и безопасности реакторов ВВЭР, Братислава, Словакия, 25-29 сентября, 2006 г.).
Недостатком известной решетки является неполное перемешивание теплоносителя на выходе из ТВС, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик реактора, а также небольшая конструкционная прочность и жесткость.
Задачей изобретения является повышение гидравлических и прочностных характеристик решетки.
Задача решается тем, что отбойная решетка ТВС, выполненная в виде пластины с параллельными друг другу сквозными щелевыми пазами и со сквозным отверстием в центре, при этом с одной из сторон пластины на перемычках между пазами выполнены лопасти.
Выполнение лопастей с одной из сторон пластины на перемычках между пазами обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении конструкционной прочности и жесткости решетки, в улучшении перемешивания теплоносителя, а следовательно, и в улучшении эксплутационных характеристик реактора.
В частных вариантах выполнения изобретения лопасти выполнены в виде плоских пластин, которые наклонены под углом к продольной оси ТВС, например под углом 15-20° в сторону выхода теплоносителя, что обеспечивает дополнительное улучшение перемешивания теплоносителя за счет закручивания его потока.
Пазы и перемычки с лопастями могут быть сгруппированы в по меньшей мере два ряда и расположены под углом друг к другу в плоскости решетки. В частности, при выполнении пластины в виде шестигранника пазы и перемычки с лопастями сгруппированы в три ряда и расположены под углом 120° друг к другу в плоскости решетки.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена предложенная отбойная решетка, вид спереди.
На фиг.2 то же, вид сбоку.
Отбойная решетка состоит из пластины 1 в форме шестигранника с параллельными друг другу щелевыми пазами 2, с лопастями 3, выполненными в виде плоских пластин, расположенных с одной из сторон пластины 1 на перемычках 5 между пазами 2, и со сквозным отверстием 4 в центре, выполненным под центральную трубу ТВС. Пазы 2 и перемычки 5 между ними с лопастями 3 сгруппированы в три ряда и расположены под углом 120° друг к другу в плоскости решетки. Отбойную решетку изготавливают из стали Х18Н10Т.
Были проведены сравнительные испытания наиболее близкого аналога и предложенной решетки.
3
Для проведения сравнительных расчетов модели решеток нагружались равномерно распределенным давлением от скоростного напора теплоносителя, составляющим 4,87 кПа при максимальном расходе теплоносителя 130 м/ч.
Оценка гидравлического сопротивления решеток показала, что дополнительное сопротивление предложенной решетки за счет закручивания теплоносителя на 15° при отношении длины к толщине пластинок 5:1 невелико и не превышает 15%.
Представленные в таблице 1 результаты расчетов напряженно-деформированного состояния (НДС) показали, что в известной решетке наибольшие прогибы имеют место в свободных углах решетки, наибольшие эквивалентные напряжения - вблизи контура сетки в углах приварки ее к головке. В центральной части наибольшие напряжения имеют место в районе пазов, идущих от углов приварки решетки к головке. В предложенной решетке наибольшие прогибы имеют место в центре, а наибольшие эквивалентные напряжения - вблизи контура сетки в углах приварки ее к головке.
Максимальные напряжения предложенной решетки значительно ниже известной, что свидетельствует о ее большей конструкционной прочности. Жесткость и динамические характеристики предложенной решетки также на порядок выше, чем у известной (см. табл.1, 2). Анализ показывает, что максимальные эквивалентные напряжения в заявляемой решетке значительно ниже допускаемых напряжений для любого состояния металла, в связи с чем можно уменьшить ширину перемычек между пазами, например, до 3-4 мм и увеличить за счет этого ширину паза, что компенсирует некоторое увеличение гидравлического сопротивления решетки за счет введения лопастей.
Для анализа динамических характеристик известной и предложенной решеток использовался метод ударного возбуждения, который позволяет одновременно получать частотные спектры внешнего воздействия (силы) и отклика (ускорения) точек изделия от приложенной силы.
Представленные в таблице 2 результаты динамических испытаний показали, что амплитудно-частотные характеристики ускоряемости у предложенной решетки более оптимальны, чем у известной.
Предлагаемая конструкция отбойной решетки при незначительном изменении гидравлического сопротивления обладает повышенной конструктивной прочностью и жесткостью, обеспечивает лучшее перемешивание теплоносителя, что приводит к улучшению характеристик реактора, например, ВВЭР-440.
Таблица 1Результаты расчетов НДС
Известная решетка
Заявляемая решетка
Эквивалентное напряжение, МПа
32,8
8,8
Прогиб, мм
0,051
0,002
Таблица 2Результаты динамических испытаний для первой формы колебаний
Известная решетка
Заявляемая решетка
Частота, Гц
1932
2475
Ускоряемость, (m/s<sup>2</sup>)/N
10800
9870
Модальная скорость затухания, %
0,123
0,109