Тепловыделяющая сборка атомного реактора

Тепловыделяющая сборка атомного реактора

Реферат

 

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в тепловыделяющих сборках реакторов на быстрых нейтронах. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности за счет сохранения размерной стабильности периферийных проходных сечений по теплоносителю. Сущность изобретения заключается в том, что в тепловыделяющейся сборке с вытеснителями, расположенными на внутренней поверхности чехловой трубы, ниже пучка твэлов установлен дистанционирующий элемент, жестко связанный с чехловой трубой и имеющий пазы, обращенные к внутренней поверхности чехловой трубы, а нижние концы вытеснителей зафиксированы в пазах. Это позволили повысить размерную стабильность проходных сечений по теплоносителю и увеличить эксплуатационную надежность ТВС. 1 з. п. ф - лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в ТВС, энергетических атомных реакторов и в реакторах на быстрых нейтронах. Известна тепловыделяющая сборка (ТВС), содержащая головку, хвостовик и чехловую трубу, в которой размещены пучок твэлов и вытеснители, установленные в пространстве между пристеночными твэлами. Для предотвращения попадания вытеснителей в пространство между центральными твэлами последние скреплены в сборки с помощью поперечных пластин. Недостатками данной ТВС является сложность ее конструкции и невысокая жесткость сборки вытеснителей, что при наличии сборочного зазора между пучком твэлов и чехлом может привести к смещению сборки вытеснителей в поперечном направлении относительно продольной оси пучка твэлов и, как следствие, к снижению работоспособности ТВС. Это явление было обнаружено при исследовании процессе очехловки пучка твэлов. Дpугим существенным недостатком является невысокая работоспособность отдельных проволочных вытеснителей. Это обстоятельство связано с тем, что всегда существует возможность случайного разброса склонности к радиационному распуханию материала вытеснителей. Для чрезмерно распухших проволочных вытеснителей поперечные пластины будут выполнять роль жестких заделок и они (вытеснители) будут проникать в межтвэльные пространства, снижая работоспособность ТВС. Наиболее близкой по технической сущности является ТВС, содержащая головку, хвостовик и центральную часть, которая содержит пучок твэлов, расположенный в чехловой трубе и проволочные вытеснители, приваренные к внутренней поверхности чехловой трубы и располагающиеся пространства между пристеночными твэлами. Дистанционирование твэлов друг от друга и от чехловой трубы осуществляется проволокой навитой по спирали на цилиндрическую оболочку твэлов. Вытеснители приварены к внутренней поверхности чехловой трубы по всей длине. Одним из недостатков данной ТВС является сложность технологического оборудования для приварки и контроля качества приварки по всей длине вытеснителей к внутренней поверхности трубы. Другим недостатком является то, что в процессе работы данной ТВС в реакторе температура внутренней поверхности трубы и вытеснителя несколько отличаются и в месте соединения будут возникать термические напряжения, которые могут вызвать отрыв вытеснителя от чехловой трубы и его искривления, что, конечно, отрицательно сказывается на работоспособности твэлов и ТВС. Кроме того, материалы проволочного вытеснителя и чехловой трубы практически всегда будут иметь отличия в структуре, что вызовет их различное радиационное распухание и приведет к размерной нестабильности в поперечном сечении ТВС. Последние два недостатка приводят к тому, что периферийные проходные сечения по теплоносителю, образованные двумя смежными твэлами и внутренней поверхностью чехловой трубы, в процессе работы ТВС становятся нестабильными и, как крайний случай, возможен отрыв и попадание вытеснителя между смежными твэлами или между твэлом и чехловой трубой. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности ТВС за счет сохранения размерной стабильности периферийных проходных сечений по теплоносителю. В тепловыделяющей сборке атомного реактора, одержащей головку, хвостовик, чехловую трубу с размещенным в ней пучком твэлов с проволочным дистанционированием и проволочные вытеснители, расположенные на внутренней поверхности чехловой трубы между пристеночными твэлами и закрепленные на верхнем конце чехловой трубы, ниже пучка твэлов установлено кольцо, жестко соединенное чехловой трубой и имеющее пазы, обращенные к внутренней поверхности чехловой трубы, а нижний конец вытеснителей зафиксирован в пазах кольца. Кроме того, с целью предотвращения выпадания вытеснителей из пазов кольца вытеснители на нижнем конце, выступающем из кольца, имеют утолщение, размер которого больше, чем размер паза. Ниже пучка твэлов установлено кольцо, жестко соединенное с чехловой трубой и имеющее пазы, обращенные к внутренней поверхности чехла, а нижний конец вытеснителей зафиксирован в пазах кольца. На фиг. 1 схематично изображен ТВС, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1. Хвостовик 1 и головка 2 приварены к торцам чехловой трубы 3. Внутри чехловой трубы расположен пучок стержневых тепловыделяющих элементов 4 с проволочным спиралеобразным дистанционированием твэлов в пучке. Проволочные вытеснители 5, общее количество которых равно числу периферийных твэлов в пучке, расположены на внутренней поверхности чехловой трубы в пространстве между смежными твэлами. Ниже пучка на внутренней поверхности чехловой трубы установлено неподвижное кольцо 6. В кольце имеются пазы, примыкающие к внутренней поверхности чехловой трубы. Общее количество пазов равно количеству вытеснителей. На верхнем конце ТВС вытеснители закреплены на внутренней поверхности чехловой трубы неподвижно, например, с помощью сварки. На нижнем конце вытеснители зафиксированы в пазах 7 неподвижного кольца 6. Для предотвращения выпадения нижних концов вытеснителей из пазов неподвижного кольца на каждом вытеснителе сформировано утолщение 8, которое больше размера паза. Сформировать утолщение можно, например, путем оплавления конца вытеснителя. Ширина кольца выбирается из условия исключения заклинивания нижнего конца вытеснителей. Например для вытеснителей диаметром 1,6 мм ширина кольца должна быть не менее 10 мм. ТВС изготавливается следующим образом. Сначала на нижнем конце чехловой трубы приваривается кольцо 6. Затем вытеснитель, оплавленный с одного конца, продевается через паз, пропускается на всю длину чехловой трубы. Перед приваркой второго (верхнего) конца вытеснителей предварительно натягивается с незначительным усилием ( 10 кГс), что обеспечивает его первоначальную прямолинейность и прилегание к внутренней поверхности чехловой трубы. Затем в чехловую трубу помещается пучок твэлов и закрепляется одним из известных способов, например с помощью штока, проходящего через хвостовик и закрепленного в нем. На последней стадии к торцам чехловой трубы приваривают концевые детали: хвостовик и головку. При работе предлагаемой ТВС в реакторе возможны два варианта. В первом варианте скорость распухания материала вытеснителей под облучением меньше, чем скорость распухания материала чехловой трубы. В этом случае длина чехловой трубы будет увеличиваться быстрее, чем увеличение длины вытеснителя, и вытеснитель будет находиться под действием растягивающего напряжения. Фактически вытеснитель будет натягиваться как струна, а концы чехловой трубы будут являться "заделками" этой струны. При достижении определенного напряжения в вытеснителе начнется процесс релаксации напряжений и в дальнейшем напряжение в вытеснителе стабилизируется все возрастающее напряжение, возникающее за счет разницы в распухании материалов чехловой трубы и вытеснителя, будет компенсироваться процессом релаксации напряжений. Таким образом, вытеснитель будет находиться под растягивающим напряжением и в силу этого положение в пространстве между внутренней поверхностью чехловой трубы и двумя смежными периферийными твэлами останется неизменным в процессе работы ТВС. Во втором варианте скорость распухания материала вытеснителей больше, чем скорость распухания материала чехловой трубы. В этом случае длина вытеснителя будет увеличиваться быстрее, чем длина чехловой трубы. В силу особенности крепления нижнего конца вытеснителей они будут проскальзывать в пазах кольца 6 и удлиняться в свободное пространство ТВС, которое расположено ниже пучка твэлов. Таким образом, за счет того, что вытеснитель распухания удлиняется в свободное пространство, расположенное ниже пучка твэлов, его положение на периферии пучка твэлов не изменяется. Кроме того, даже в этом случае на вытеснитель действует растягивающая нагрузка, равная массе самого вытеснителя. Из рассмотренных двух вариантов поведения вытеснителей и чехловой трубы видно, что в обоих случаях сохраняется положение вытеснителей в пространстве между внутренней поверхностью чехловой и смежными периферийными твэлами. Это обстоятельство обеспечивает размерную стабильность периферийных проходных сечений, что положительно сказывается на эксплуатационной надежности ТВС. По сравнению с прототипом в данной конструкции ТВС возможная разница в коэффициентах линейного расширения вытеснителей и чехловой трубы также приводит к возникновению термических напряжений, но вытеснители будут постоянно находиться под действием растягивающей нагрузки по механизму, описанному для влияние распухания. Следовательно, размерная стабильная проходных ячеек по теплоносителю обеспечивается также и в случае различных коэффициентов линейного расширения материалов вытеснителей и чехловой трубы. Использование предлагаемого способа крепления вытеснителей обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отпадает необходимость в разработке специального технологического оборудования для приварки вытеснителей по всей длине к внутренней поверхности чехловой трубы и контроля качества сварки, что является сложной и дорогостоящей задачей.

Формула изобретения

1. Тепловыделяющая сборка атомного реактора на быстрых нейтронах, содержащая головку, хвостовик, чехловую трубу с размещенным в ней пучком твэлов с проволочным дистанционированием и вытеснители, расположенные на внутренней поверхности чехловой трубы между пристеночными твэлами и закрепленные на верхнем конце чехловой трубы, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности за счет сохранения размерной стабильности периферийных проходных сечений по теплоносителю, в чехловой трубе ниже пучка твэлов установлен дистанционирующий элемент, жестко связанный с чехловой трубой и имеющий пазы, обращенные к внутренней поверхности чехловой трубы, а нижние концы вытеснителей зафиксированы в пазах дистанционирующего элемента. 2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что вытеснитель на нижнем конце, выступающем из дистанционирующего элемента, имеет утолщение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.04.2004

Извещение опубликовано: 10.01.2005        БИ: 01/2005