Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для эксплуатации в составе тепловыделяющих сборок (ТВС) в энергетических ядерных реакторах, использующих воду в качестве теплоносителя,

При многократной циркуляции теплоносителя через ТВС происходит вынос шлама, элементов коррозии ТВС и частиц топлива. Возникает необходимость в применении различных средств, позволяющих исключить попадание указанных элементов в ТВС, т.е. отфильтровать их до того как они будут занесены теплоносителем в ТВС. Попадание указанных элементов в ТВС может привести к повреждению твэлов. Решить эту задачу позволяет установка на входе в ТВС антидебрисных фильтров, сборников шлама. Установка на входе в ТВС антидебрисных фильтров и различных сборников шлама приводит к уменьшению расхода теплоносителя через ТВС. Дополнительное гидравлическое сопротивление вносит сам фильтр и, кроме того, со временем происходит забивание отверстий фильтра шламом, что также приводит к увеличению гидравлического сопротивления.

Известны различные конструкции ТВС с антидебрисными фильтрами, в которых решается отдельная задача.

Известна конструкция ТВС, защищенная патентом US 5481578 от 2 января 1996, кл. G 21 С 3/32, антидебрисный фильтр которой представляет собой поле перфорированных втулок малого диаметра, установленных вдоль потока теплоносителя, при этом перфорация втулок выполнена перпендикулярно потоку. Втулки закрепляются между двумя перфорированными плитами. Функционально улавливание шлама таким фильтром осуществляется за счет смены направления потока теплоносителя и организации прохода теплоносителя через мелкие отверстия во втулках. Недостатком такой конструкции является трудоемкость изготовления, связанная с наличием большого количества мелких частей (втулок) и необходимостью их перфорации. Данная конструкция будет иметь значительное гидравлическое сопротивление вследствие того, что поток при прохождении сквозь фильтр дважды меняет свое направление на 90°.

Известна конструкция ТВС, защищенная патентом US 5867551 от 2 февраля 1999 г., кл. G 21 С 3/30, в которой антидебрисный фильтр конструктивно выполняет еще функции опорной плиты и представляет собой волнообразную пластину. В волнах пластины выполнены два типа пазов: в форме креста и в форме круга, разделенного на 4 сектора. К недостаткам данной конструкции можно отнести технологическую сложность изготовления плиты, которая имеет сложную пространственную форму, т.к. "волна" проходит не через все сечение плиты, а образует локальные вершины и впадины, в которых и выполнены пазы.

Известна ТВС с антидебрисным фильтром (патент WO 98/28752 от 20.12.1996 г., кл. G 21 С 3/32), который представляет собой плиту с выполненными в ней цилиндрическими отверстиями. Для решения проблемы забивания проходных отверстий шламом в данной конструкции вдоль рядов отверстий выполнены конусные несквозные пазы, которые "захватывают" часть отверстий. При попадании шлама в такой паз он будет стремиться к центру паза, освобождая при этом площадь цилиндрического отверстия и не уменьшая проходного сечения.

Техническое решение по патенту WO 98/28752 G 21 С 3/32 выбираем за прототип, так как оно является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Недостатком данной конструкции является то, что для повышения эффективности работы фильтра (способность улавливать более мелкие частицы) отверстия должны иметь малый диаметр. При снижении диаметра проходных отверстий увеличивается гидравлическое сопротивление ТВС и снижается ее теплотехническая надежность.

Технической задачей является создание конструкции антидебрисного фильтра, позволяющего улавливать наиболее мелкие частицы при этом не увеличивая гидравлического сопротивления ТВС.

Решение поставленной задачи позволяет обеспечить стабильность гидравлического сопротивления при длительных сроках эксплуатации, что приводит к повышению надежности ТВС в целом.

Поставленная задача решается за счет того, что в антидебрисном фильтре, выполненном в виде пластины с отверстиями и установленном во входной части ТВС, отверстия выполнены в виде пазов, имеющих форму символа V и образующих смежные ряды, длина паза L≥5S, где L - длина паза, S - ширина паза, причем пазы могут быть расположены в смежных рядах, в зеркальном отображении, а также ряд может быть образован путем чередования ветвей пазов смежных рядов.

Варьированием длины и ширины пазов, а также шириной перемычек подбирается проходное сечение фильтра, чем обеспечивается наименьшее изменение гидравлического сопротивления ТВС.

Ширина пазов выбирается исходя из требования к размеру шлама, который необходимо улавливать, чем меньший дебрис необходимо улавливать, тем меньше должна быть ширина пазов. При заданной ширине паза выбирается длина паза из условия обеспечения минимального гидравлического сопротивления. Исполнение пазов с длиной, менее чем в 5 раз превышающей ширину паза, технологически нецелесообразно, т.к. в данном случае рационально выполнить цилиндрические отверстия.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг.1 изображен общий вид ТВС.

На фиг.2 изображен вид сверху антидебрисного фильтра.

На фиг.3 изображен вид сверху антидебрисного фильтра с пазами, расположенными в зеркальном отображении.

На фиг.4 изображен вид сверху антидебрисного фильтра с чередованием ветвей пазов.

Пазы могут располагаться как параллельно потоку теплоносителя, так и под углом к нему. Кроме этого, паз может иметь изгиб вдоль течения теплоносителя.

Во входной части тепловыделяющей сборки, например в хвостовике 1, установлен антидебрисный фильтр 2, который выполнен из цельнометаллической пластины 3, по профилю повторяющей проходное сечение хвостовика (фиг.1).

В пластине 3 выполнены пазы 4, которые имеют форму символа V и расположены рядами (фиг.2). В смежных рядах пазы 4 могут быть выполнены в зеркальном отображении (фиг.3). Кроме того, ряд может быть образован путем чередования ветвей 5 и 6 пазов 4 смежных рядов (фиг.4).

Длина L паза выбрана в зависимости от ширины паза S и должна удовлетворять условию L≥5S. Ширина S паза выбрана в зависимости от размеров возможных элементов шлама, дебриса, а также требованиям гидравлического сопротивления.

Теплоноситель 1 контура подается на вход в хвостовик ТВС, проходит по каналам, нагревается и поступает в выходную камеру (на чертеже не показано). В процессе циркуляции через ТВС теплоноситель захватывает элементы коррозии, осколки топлива шлама, которые при повторном прохождении через ТВС могут быть занесены в каналы, что приводит к износу и повреждению твэлов. Антидебрисный фильтр 2, установленный на входе, улавливает мельчайшие частицы шлама. Минимально возможная ширина S паза 4 позволяет задерживать частицы различной геометрической формы. Частицы, застрявшие в пазах, не перекрывают полностью проходного сечения, то есть не увеличивают гидравлическое сопротивление.

Расположение пазов, образованное чередованием ветвей 5 и 6 пазов из смежных рядов, позволяет существенно увеличить жесткость конструкции за счет сокращения длины ребра 7 не подкрепленного, хотя бы с одной стороны, перемычкой между пазами.

Применение предлагаемой конструкции антидебрисного фильтра позволит повысить эксплутационную надежность ТВС за счет исключения дебрис-износа твэлов, приводящего к преждевременному извлечению ТВС из активной зоны.

1. Антидебрисный фильтр тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненный в виде пластины с отверстиями и установленный во входной части тепловыделяющей сборки (ТВС), отличающийся тем, что отверстия выполнены в виде пазов, имеющих форму символа V и образующих смежные ряды, причем длина паза имеет зависимость L≥5S, где L - длина паза, а S - ширина паза.

2. Антидебрисный фильтр ТВС ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что пазы расположены в смежных рядах в зеркальном отображении.

3. Антидебрисный фильтр ТВС ядерного реактора по п.1 или 2, отличающийся тем, что ряд образован путем чередования ветвей пазов смежных рядов.