НЕСУЩАЯ РЕШЕТКА-ФИЛЬТР ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к атомной энергетике, а именно, к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.).
Из уровня техники известна несущая решетка (HP) ВВЭР-440, например, 445.20.030-04, имеющая 126 отверстий для установки твэлов, центральное отверстие для установки центральной трубы, 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и 24 полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя.
+0,1
Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенным отверстием, шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5, причем по контуру каждой грани шестигранной HP расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990., с.31-35) [1]. Данная штатная решетка является наиболее близкой к предложенной.
В HP PK-3 ВВЭР-440 часть отверстий под твэлы используются для установки несущих труб, а в HP ВВЭР-1000 - для направляющих каналов.
Функционально HP является несущим силовым элементом, удерживающим пучок твэлов при транспортно-технологических операциях (ТТО). В конструкции ТВСА ВВЭР-1000 к ней крепятся направляющие каналы (НК).
Наряду с недостатком, связанным с существенной анизотропией конструкции, недостатком известной HP является также большая ширина проливных отверстий, способных пропускать дебриз-предметы с поперечными размерами до 5,9 мм.
В связи с накоплением по мере эксплуатации АЭС в теплоносителе посторонних дебриз-предметов и преждевременным повреждением по этой причине оболочек твэлов возникла необходимость в оснащении ТВС антидебризными фильтрами (АДФ) дополнительно.
Известен АДФ ТВСА ВВЭР-1000, представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину с вытянутыми четырехгранными отверстиями шириной 2 мм (RU 2264666).
Недостатками данного АДФ являются: малая, порядка 0,6 мм, толщина перемычек между отверстиями (толщина пластины - 8 мм), низкая технологичность.
Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции НРФ, совмещающей функции HP и АДФ, имеющей проливное сечение не хуже HP и высокую технологичность изготовления, а также достаточную прочность, которая может быть даже меньше штатной, если у нее есть запас прочности.
Поставленная задача решается тем, что в HP для тепловыделяющей сборки ядерного реактора с треугольной сеткой расположения твэлов, выполненной в виде перфорированной пластины, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб, с отверстием для центральной трубы и с отверстиями для прохода теплоносителя, причем центры круглых отверстий лежат на линиях, параллельных сторонам шестиугольника, с шагом S, отличающаяся тем, что отверстия для прохода теплоносителя образованы пересечением перемычек, перпендикулярных соответствующим сторонам шестиугольника, перемычек, параллельных этим сторонам и перемычек, ограничивающих круглые отверстия, при этом первые перемычки расположены с шагом S/4.
НРФ может быть выполнена с использованием гидроабразивной резки или литья.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 изображена конструкция НРФ для РК ВВЭР-440 2 поколения.
HP для тепловыделяющей сборки ядерного реактора с треугольной сеткой расположения твэлов выполнена в виде перфорированной пластины 1, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями 2, предназначенными для установки твэлов, направляющих каналов или несущих труб, с отверстием 3 для центральной трубы (ЦТ) и с отверстиями для прохода теплоносителя. Центры круглых отверстий 2 лежат на линиях, параллельных сторонам шестиугольника, с шагом S.
Отверстия для прохода теплоносителя имеют форму вытянутых, преимущественно, прямоугольных пазов 4 и образованы пересечением перемычек 5, перпендикулярных соответствующим сторонам шестиугольника, перемычек 6, параллельных этим сторонам, и перемычек, ограничивающих круглые отверстия 2. Первые, наиболее длинные перемычки 5 расположены с шагом S/4.
При этом отверстия 4 для прохода теплоносителя расположены симметрично относительно оси HP и ТВС через 60°.
Данная НРФ может быть выполнена с использованием высокопроизводительных технологий гидроабразивной резки или литья.
Перемычки 5 между пазами 4 имеют ширину 0,8-0,9 мм, а пазы 4 имеют ширину 2,3 мм. В центре НРФ имеется отверстие 3 для крепления ЦТ. Отверстия 4 для установки твэлов имеют диаметр 5 мм, как в штатной HP.
Данные параметры обеспечивают для существующих конструкций ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 ширину перемычки 0,8-0,9 мм и ширину пазов 2,3 мм. Кратность расстояния между пазами 4 шагу твэлов обеспечивает структуру предлагаемой конструкции, при этом для обеспечения наилучших фильтрующих свойств пазы 4 должны быть расположены равномерно между отверстиями 2 под твэлы.
Перемычки взаимно перпендикулярны, за исключением угловых, которые расположены под углами 60° или 30°. Окружные перемычки 6 параллельны граням и перпендикулярны перемычкам 2 отверстий под твэлы, а радиальные - перпендикулярны граням решетки - сторонам шестиугольника.
В таблице 1 приведены результаты расчетов проливного сечения HP и НРФ ТВС ВВЭР-440 и ВВЭР-1000.
Таблица 1.
Тип ТВС
ВВЭР-440
ВВЭР-1000
Шаг отверстий под твэлы, мм
12,3
12,75
Ширина перемычки, мм
0,8
0,9
Ширина прямоугольных отверстий, мм
2,3
2,3
Проливное сечение, мм<sup>2</sup>
Штатная HP
6856,8
20224,7
Предлагаемая НРФ
6875,8
20239,0
Результаты расчетов НРФ для РК ВВЭР-440 2 поколения в ПК ANSYS при перегрузке 2,1 g показывают достаточную прочность НРФ при штатной толщине плиты 16 мм. Наибольшие напряжения составляют 73,9 МПа при допускаемой величине 127,3 МПа. Проливное сечение данной НРФ не менее, чем у штатной HP.