RO120512B1 - Fuel channel assembly and method for increasing critical channel power in a pressurized nuclear reator - Google Patents

Abstract

The invention relates to a system for improving the channel critical power (CCP) meant for a pressurized nuclear reactor cooled with water, of the type of fuel channel, designed for being re-supplied directly, by introducing and withdrawing the fuel bars into or starting from a plurality of fuel channel assemblies. An element is used for assembling the fuel bars in pairs, so that the fuel elements of the bars are aligned, that allows the diminishing of the hydraulic resistance in the fuel channel and improving the channel critical power (CCP). The assembling element allows to avoid a wrong alignment of the bars re-grouped in pairs during their period of staying inside the reactor, the non-aligning occurring due to the continuous oscillation and vibration of the fuel bars subjected to very important mass flows of thermal agent and due to the axial separation of the bars when they impact one another, during the supplying operation.

Description

Prezenta invenție se referă la un ansamblu de canale de combustibil și la o metodă de creștere a puterii de canal critice, într-un reactor nuclear presurizat, de tipul cu canal de combustibil, prin reducerea rezistenței hidraulice a canalului de combustibil, în felul acesta îmbunătățindu-se fluxul de căldură, critic, al barelor de combustibil.The present invention relates to an assembly of fuel channels and to a method of increasing critical channel power, in a pressurized nuclear reactor, of the fuel channel type, by reducing the hydraulic resistance of the fuel channel, thereby improving -is the heat flow, critically, of the fuel bars.

Un exemplu de reactor nuclear de tipul cu canal de combustibil este reactorul CANDU®. El conține aproximativ 400 de tuburi de presiune orientate orizontal fiecare definind un canal de combustibil. Fiecare canal de combustibil conține o pluralitate de bare de combustibil dispuse longitudinal, în relație cap la cap cu tubul de presiune. Fiecare bară de combustibil conține o pluralitate de tije de combustibil alungite, care conțin material fisionabil. Tijele de combustibil sunt dispuse în mod uniform, paralel, în spațiu, în jurul unei axe centrale, între plăcile de capăt dispuse transversal. Plăcile de capăt au o structură web deschisă, cu găuri prin ea. Apa grea, la înaltă presiune, sau agentul de răcire apă ușoară, intră în canalul de combustibil pe la un capăt, curge prin barele de combustibil trecând prin plăcile de capăt și prin spațiile dintre tijele de combustibil astfel încât să răcească tijele de combustibil și să îndepărteze căldura produsă în procesul de fisiune, și să iasă din canalul de combustibil prin celălalt capăt. Această căldură este transferată ulterior prin agentul de răcire la un schimbător de căldură care produce vapori care acționează turbina ca să producă energie electrică. Apa care curge prin barele de combustibil este presurizată și nu fierbe semnificativ.An example of a fuel channel type nuclear reactor is the CANDU® reactor. It contains approximately 400 horizontally oriented pressure tubes each defining a fuel channel. Each fuel channel contains a plurality of longitudinally arranged fuel rods relative to the pressure tube. Each fuel rod contains a plurality of elongated fuel rods, which contain fissile material. The fuel rods are arranged uniformly, parallel, in space, around a central axis, between the end plates arranged transversely. The end plates have an open web structure, with holes through it. Heavy water, high pressure, or light water cooling agent enters the fuel channel at one end, flows through the fuel rods through the end plates and through the spaces between the fuel rods so as to cool the fuel rods and remove the heat produced in the fission process, and exit the fuel channel through the other end. This heat is subsequently transferred by the cooling agent to a heat exchanger that produces steam that actuates the turbine to produce electricity. The water flowing through the fuel rods is pressurized and does not boil significantly.

Puterea maximă care se produce într-un canal de combustibil este determinată de puterea maximă care se poate produce în siguranță prin barele de combustibil individuale, înăuntrul canalului de combustibil. Puterea maximă care poate fi produsă în interiorul canalului de combustibil se referă, de obicei, la Puterea de Canal Critică (Criticai Channel Power) sau CCP. Puterea maximă care poate fi produsă în siguranță în orice bară de combustibil dată, din interiorul canalului, este numită Puterea de Bară Critică, și este determinată prin variația producerii puterii în bară, condițiile agentului de răcire local corespunzător și modelul barei de combustibil. Puterea de Bară Critică este puterea care corespunde la începutul descreșterii semnificative în eficență, a transferului de căldură de la bară la agentul de răcire, și fluxul de căldură local la care se întâmplă, se referă la Fluxul de Căldură Critic (Criticai Head Flux) sau CHF. Datorită temperaturile mari care pot apărea când CHF este în exces, care pot distruge bara de combustibil, puterea de canal și condițiile curgerii sunt fixate astfel încât să se asigure că CHF nu este niciodată în exces în vreo bară.The maximum power that is produced in a fuel channel is determined by the maximum power that can be safely produced through the individual fuel rods within the fuel channel. The maximum power that can be produced inside the fuel channel usually refers to Critical Channel Power or CCP. The maximum power that can be safely produced in any given fuel bar, inside the channel, is called the Critical Bar Power, and is determined by the variation of the bar power output, the conditions of the appropriate local cooling agent and the fuel bar model. Critical Bar Power is the power that corresponds to the beginning of the significant decrease in efficiency, of the heat transfer from the bar to the cooling agent, and the local heat flow to which it occurs, refers to the Criticai Head Flux or CHF. Due to the high temperatures that can occur when the CHF is in excess, which can destroy the fuel rod, the channel power and flow conditions are set so as to ensure that the CHF is never excessive in any bar.

Din punct de vedere mecanic, CHF se produce pe un element de combustibil încălzit atunci când unele părți ale suprafeței nu sunt mai lungi astfel încât să fie continuu udate de un agent de răcire lichid. Există două mecanisme posibile care conduc la CHF: (i) căderea filmului lichid, sau uscarea pe suprafața învelișului elementului combustibil; sau (ii) concreșterea bășicuțelor chiar lângă suprafața învelișului elementului combustibil ca să formeze un film de vapori. Mecanismul existent depinde de condițiile termohidraulice ale agentului de răcire care înconjoară elementul combustibil.From a mechanical point of view, CHF is produced on a heated fuel element when some parts of the surface are not longer so that they are continuously watered by a liquid cooling agent. There are two possible mechanisms that lead to CHF: (i) dropping the liquid film, or drying on the surface of the fuel element casing; or (ii) the growth of the blisters just near the surface of the fuel element shell to form a vapor film. The existing mechanism depends on the thermo-hydraulic conditions of the cooling agent surrounding the fuel element.

în scopul asigurării faptului că CHF să nu fie niciodată în exces în nici o bară, un factor de siguranță sau o margine de operare este aplicată la CCP, care au ca rezultat faptul că puterea care se produce de reactor va fi redusă aproximativ de același factor. Dacă, oricum CCP-ul ar putea crește, puterea care ar putea fi produsă de reactor de asemenea poate să crească. O situație similară se aplică la alte tipuri de reactoare răcite cu apă.In order to ensure that the CHF is never excessive in any bar, a safety factor or an operating margin is applied to the CCP, which result in the fact that the power produced by the reactor will be reduced by approximately the same factor. . If, however, the CCP could increase, the power that could be produced by the reactor could also increase. A similar situation applies to other types of water-cooled reactors.

La un reactor dat, presiunea în canalul de combustibil este controlată de presiunea din colectorul de ieșire al reactorului și entalpia din interiorul canalului este controlată de temperatura colectorului de intrare. Aceste valori au fost optimizate și în mod normal nu sunt schimbate. Prin urmare, CCP este în primul rând o funcție a curgerii în canal. Cele maiIn a given reactor, the pressure in the fuel channel is controlled by the pressure in the output manifold of the reactor and the enthalpy inside the channel is controlled by the temperature of the inlet manifold. These values have been optimized and are not normally changed. Therefore, CCP is primarily a function of channel flow. Most

RO 120512 Β1 cunoscute metode de îmbunătățire ale CCP-ului caută să amelioreze CHF prin adăugarea 1 unei turbulențe care influențează dispozitivele de la locurile selectate din interiorul barelor de combustibil. Un exemplu de folosire a unor astfel de dispozitive este descris în brevetul 3 US 5493590 - Atomic Energy of Canada Limited - din 20 februarie 1996. Astfel de metode realizează adesea îmbunătățirea CHF la un cost mare prin creșterea rezistenței hidraulice 5 din interiorul canalului de combustibil. Așa cum se descrie mai jos, o creștere a rezistenței hidraulice în canalul de combustibil cauzează o descreștere a fluxului agentului de răcire, 7 care va face să se producă CHF la o putere mai mică în canalul de combustibil. CCP care rezultă este fie mai rea decât în cazul în care nu sunt dispozitive de ameliorare a CHF, sau 9 este numai o îmbunătățire limitativă. Rezistența hidraulică mare poate de asemenea să reducă curgerea agentului de răcire prin canalele de combustibil într-un reactor existent, ce 11 nu a fost proiectat ca să corespundă unei diferențe mari de presiune care rezultă de la o asemenea rezistență hidraulică mare, astfel încât sunt afectate performanțele globale ale reac- 13 torului; în plus, dispozitivele de ameliorare a turbulenței cer schimbări mecanice la barele de combustibil și pot cere schimbarea corespunzătoare la sistemul de alimentare cu combustibil15 și aparatul de manevrat combustibil al reactoarelor presurizate de tip cu canal de combustibil, ceea ce nu este de dorit.17RO 120512 Β1 known methods of improving the CCP seek to improve the CHF by adding 1 to a turbulence that influences the devices at selected locations inside the fuel rods. An example of the use of such devices is described in US Patent 3, 5493590 - Atomic Energy of Canada Limited - dated February 20, 1996. Such methods often achieve high cost CHF enhancement by increasing hydraulic resistance 5 within the fuel channel. As described below, an increase in hydraulic resistance in the fuel channel causes a decrease in the flow of the cooling agent, 7 which will cause CHF to be produced at a lower power in the fuel channel. The resulting CCP is either worse than if there are no CHF enhancement devices, or 9 is only a limiting improvement. The high hydraulic resistance can also reduce the flow of the cooling agent through the fuel channels in an existing reactor, which 11 was not designed to correspond to a large pressure difference resulting from such a large hydraulic resistance, so that they are affected. the overall performance of the reactor; In addition, the turbulence enhancement devices require mechanical changes to the fuel rods and may require the appropriate change to the fuel supply system15 and the fuel handling apparatus of pressurized fuel channel type reactors, which is not desirable.17

Prezenta invenție se referă la un sistem de ameliorare a puterii critice pentru un reactor nuclear de tipul cu canal de combustibil, care îmbunătățește fluxul critic de căldură 19 al barelor de combustibil prin reducerea rezistenței hidraulice în canalul de combustibil.The present invention relates to a critical power enhancement system for a fuel channel type nuclear reactor, which enhances the critical heat flow 19 of the fuel rods by reducing the hydraulic resistance in the fuel channel.

în conformitate cu o variantă de realizare a prezentei invenții, aceasta este prevăzută21 cu un ansamblu de canale de combustibil pentru folosirea într-un reactor nuclear de tipul cu canal de combustibil, conceput pentru a fi reaprovizionat în direct prin introducerea și retra- 23 gerea barelor de combustibil în și pornind de la o pluralitate de ansambluri de canale de combustibil, fiecare din respectivele ansambluri de canale de combustibil conținând un tub 25 de presiune prelungit și o pluralitate de bare de combustibil dispuse longitudinal în respectivul tub de presiune, în relație cap la cap, fiecare din respectivele bare de combustibil con- 27 ținând o pluralitate de elemente de combustibil alungite dispuse în spațiu, paralel, uniform, în jurul unei axe longitudinale, între plăcile de capăt dispuse transversal, respectivele plăci 29 de capăt având o structură web deschisă, cu găuri prin care să permită agentului de răcire să curgă prin respectivele canale de combustibil în contact cu respectivele elemente de corn- 31 bustibil; ansamblul de canale de combustibil mai conține cel puțin un ansamblu de perechi de bare de combustibil, respectivul ansamblu de perechi de bare de combustibil, conținând 33 o pereche de bare de combustibil în relație cap la cap și mijloace de interconectare pentru interconectarea plăcilor de capăt de fixare adiacente a respectivei perechi de bare de corn- 35 bustibil, respectivele plăci de capăt de fixare ale perechilor de bare de combustibil, fiind interconectate prin respectivele mijloace de interconectare pentru menținerea respectivelor 37 elemente de combustibil într-o poziție predeterminată de aliniere rotațională relativă în jurul respectivei axe longitudinale și prevenind separația axială a respectivei perechi de bare de 39 combustibil din tubul de presiune, respectivul ansamblu de perechi de bare de combustibil, nefiind interconectat contra separării axiale de barele adiacente din tubul de presiune, 41 permițând astfel încărcarea și descărcarea independentă a respectivului ansamblu de perechi de bare de combustibil. 43 în conformitate cu altă variantă de realizare a prezentei invenții, aceasta este prevăzută cu o metodă de creștere a Puterii de Canal Critice (CCP) într-un reactor nuclear 45 presurizat de tipul cu canal de combustibil conceput pentru a fi reaprovizionat în direct prin introducerea și retragerea barelor de combustibil în și pornind de la o pluralitate de 47 ansambluri de canale de combustibil, fiecare din respectivele ansambluri conține un tub deAccording to an embodiment of the present invention, it is provided21 with a fuel channel assembly for use in a fuel channel type nuclear reactor, designed to be directly replenished by the introduction and retraction of the bars. of fuel in and starting from a plurality of fuel channel assemblies, each of said fuel channel assemblies comprising an extended pressure tube 25 and a plurality of fuel rods arranged longitudinally in said pressure tube, in relation to head, each of said fuel bars 27 having a plurality of elongated fuel elements arranged in space, parallel, uniformly, about a longitudinal axis, between the end plates arranged transversely, the respective end plates 29 having an open web structure , with holes to allow the cooling agent to flow through them the fuel channels in contact with the respective horn elements; the fuel channel assembly also contains at least one fuel rod pair assembly, the respective fuel rod pair assembly, containing 33 a pair of fuel rods in relation to each other and interconnecting means for interconnecting the end plates. adjacent fixing of said pair of busbar horns, the respective end plates for fixing the fuel rod pairs, being interconnected by the respective interconnecting means for maintaining said 37 fuel elements in a predetermined position of relative rotational alignment in around said longitudinal axis and preventing the axial separation of said pair of fuel rods 39 from the pressure tube, the respective assembly of pairs of fuel rods, not being interconnected against the axial separation of the adjacent bars of the pressure tube, thus allowing loading and unloading. slope of the respective fuel rod assembly. 43 according to another embodiment of the present invention, it is provided with a method of increasing the Critical Channel Power (CCP) in a pressurized nuclear reactor 45 of the fuel channel type designed to be directly replenished by the introduction and withdrawing the fuel rods into and from a plurality of 47 fuel channel assemblies, each of said assemblies contains a tube of

RO 120512 Β1 presiune prelungit și o pluralitate de bare de combustibil dispuse longitudinal în respectivul tub de presiune în relație cap la cap, fiecare dintre respectivele bare de combustibil conține o pluralitate de elemente de combustibil alungite dispuse în spațiu paralel, uniform, în jurul unei axe longitudinale, între plăcile de capăt dispuse transversal, respectivele plăci de capăt având găuri prin care să permită agentului de răcire să curgă prin respectivele canale de combustibil în contact cu respectivele elemente de combustibil; metoda conține pașii de interblocare a plăcilor de capăt față de perechea de bare de combustibil în relația cap la cap, astfel încât să se mențină într-o poziție predeterminată de aliniere rotațională, relativă, în jurul unei axe longitudinale și să prevină separația axială a respectivei perechi de bare de combustibil, introducerea respectivei perechi interblocate de bare de combustibil în interiorul canalului de combustibil, perechea interblocată de bare de combustibil nefiind interconectată, contra separării axiale, de barele adiacente din tubul de presiune, și îndepărtarea a două bare de combustibil nepereche de la respectivul canal de combustibil.EN 120512 Β1 prolonged pressure and a plurality of fuel rods arranged longitudinally in the respective pressure tube in relation to each other, each of said fuel bars contains a plurality of elongated fuel elements arranged in parallel, uniform space, about an axis longitudinally, between the end plates arranged transversely, said end plates having holes through which to allow the cooling agent to flow through the respective fuel channels in contact with said fuel elements; the method comprises the steps of interlocking the end plates with respect to the pair of fuel rods in the end-to-end relationship, so as to maintain a predetermined position of relative rotational alignment around a longitudinal axis and prevent axial separation thereof. fuel rod pairs, inserting the respective fuel rod interlocked pair into the fuel channel, the interlocked fuel rod pair not being interconnected, against the axial separation, by the adjacent bars of the pressure tube, and the removal of two unpaired fuel rods. at the respective fuel channel.

Acestea și alte trăsături ale invenției vor deveni mai evidente din următoarea descriere, cu referire la fig. 1...8, care reprezintă:These and other features of the invention will become more apparent from the following description, with reference to FIG. 1 ... 8, which represents:

- fig. 1, vedere schematică pentru explicarea curgerii agentului de răcire într-un canal de combustibil;FIG. 1 is a schematic view for explaining the flow of the cooling agent in a fuel channel;

- fig. 2, vedere laterală a unei bare de combustibil CANDU® specifice, bara CANFLEX™ Mk.4;FIG. 2, side view of a specific CANDU® fuel bar, CANFLEX ™ Mk.4 bar;

- fig. 3, grafic care arată variația CCP-ului în funcție de variația rezistenței hidraulice a canalului;FIG. 3, a graph showing the variation of the CCP according to the variation of the hydraulic resistance of the channel;

- fig. 4, grafic care arată efectul nealinierii barei la un factor scăzut al barei total pentru o bară de combustibil CANDU® specifică, bara CANFLEX™ Mk.4.FIG. 4, a graph showing the effect of non-aligning the bar to a low total bar factor for a specific CANDU® fuel bar, the CANFLEX ™ Mk.4 bar.

- fig. 5, grafic care arată efectul nealinierii barei la un factor scăzut al barei total pentru o bară de combustibil CANDU® specifică, barei CANDU®-6.FIG. 5, a graph showing the effect of non-aligning the bar to a low total bar factor for a specific CANDU® fuel bar, the CANDU®-6 bar.

- fig. 6, vedere frontală a plăcii de capăt a barei de combustibil CANDU®-6 pentru conectarea la placa de capăt a unei bare adiacente în conformitate cu prezenta invenție;FIG. 6 is a front view of the CANDU®-6 fuel rod end plate for connecting to the end plate of an adjacent bar according to the present invention;

- fig. 7, vedere în secțiune parțială a unui element de interblocare a plăcii de capăt luată de-a lungul liniei 7, din fig. 6;FIG. 7 is a partial section view of an interlocking element of the end plate taken along line 7 of FIG. 6;

- fig. 8, vedere în perspectivă a două plăci de capăt interconectate în conformitate cu prezenta invenție.FIG. 8 is a perspective view of two end plates interconnected in accordance with the present invention.

Referindu-ne mai întâi la fig. 1, un singur canal de combustibil, este indicat, în general, cu numărul de referință 2, conține tubul de presiune 4, care conține o pluralitate de bare de combustibil 6, care sunt dispuse longitudinal, în tubul de presiune, cap la cap. Deși șapte bare de combustibil sunt arătate în fig. 1, într-un reactor tip CANDU®, fiecare canal de combustibil, de obicei, conține 12 sau 13 bare de combustibil. Agentul de răcire, care în cazul unui reactor de tipul CANDU® este de obicei apa grea, este pompat în canalul de combustibil 2, printr-un colector de intrare 8, curge peste barele de combustibil 6 și iese din canalul de combustibil prin colectorul de ieșire 10.Referring first to FIG. 1, a single fuel channel, is generally indicated with reference number 2, contains the pressure tube 4, which contains a plurality of fuel rods 6, which are arranged longitudinally, in the pressure tube, end to end. Although seven fuel rods are shown in FIG. 1, in a CANDU® type reactor, each fuel channel usually contains 12 or 13 fuel rods. The cooling agent, which in the case of a CANDU® type reactor is usually heavy water, is pumped into the fuel channel 2 through an inlet manifold 8, flows over the fuel rods 6 and exits the fuel channel through the fuel manifold. output 10.

Fig. 2 reprezintă o bară de combustibil CANDU® specifică, barei CANFLEX™ Mk.4. Bara de combustibil 6 conține 43 de elemente de combustibil cilindrice alungite care sunt reținute între plăcile de capăt dispuse transversal, 16 amplasate paralel în spațiu uniform, în jurul unei axe centrale longitudinale. Elementele de combustibil conțin combustibil nuclear, fisionabil, în formă de pelete de combustibil de dioxid de uraniu. Elementele de combustibil pot avea elemente de spațiere (nereprezentate) atașate de ele ca să le mențină separate unele de altele și elementele de combustibil exterioare pot purta suporturi 24, ca să cupleze suprafața interioară a tubului de presiune 4. Elementele de combustibil într-o bară deFig. 2 represents a specific CANDU® fuel bar, CANFLEX ™ Mk.4. Fuel rod 6 contains 43 elongated cylindrical fuel elements that are retained between the transversally arranged end plates, 16 parallel to each other in uniform space, about a longitudinal central axis. The fuel elements contain nuclear, fissile fuel, in the form of uranium dioxide fuel pellets. The fuel elements may have spacers (not shown) attached by them to keep them apart from each other and the external fuel elements may carry supports 24, to couple the inner surface of the pressure tube 4. The fuel elements in a bar of

RO 120512 Β1 combustibil nu au toate același diametru. Deși fig. 2 reprezintă bara CANFLEX™ Mk.4, se 1 înțelege că invenția se poate aplica în egală măsură la alte modele de bare de combustibil, inclusiv bara CANDU®-6 care are 37 de elemente de combustibil. 3RO 120512 Β1 fuel does not all have the same diameter. Although FIG. 2 represents the CANFLEX ™ Mk.4 bar, it is understood that the invention can equally be applied to other models of fuel rods, including the CANDU®-6 bar which has 37 fuel elements. 3

Referindu-ne acum la fig. 3, se reprezintă variația CCP-ului funcție de o variație a rezistenței hidraulice de canal. Curba identificată ca Curba Hidraulică reprezintă schematic, 5 variația curgerii în canalul de combustibil funcție de puterea de canal, bazată pe caracteristicile hidraulice ale canalului de combustibil. Pentru o temperatură dată, de intrare, în 7 canal TIN și o presiune de ieșire din canal P_0UT așa cum este reprezentat în figura 1, variația CHF funcție de curgerea în canal, este reprezentată prin curba identificată ca Curba CHF 9 astfel că CHF se întâlnește la condiția A. Așa cum se vede în fig. 3, o scădere a rezistenței hidraulice în canal va scădea diferența de presiune a agentului de răcire și astfel va deter- 11 mina curgerea să crească așa cum este reprezentat prin curba cu linie întreruptă și în consecință mută CHF-ul din condiția A la condiția B. Diferența dintre puterea de canal de corn- 13 bustibil corespunzătoare la condiția B și cea care corespunde condiției A este în câștig net în CCP. 15Referring now to FIG. 3, represents the variation of the CCP according to a variation of the hydraulic channel resistance. The curve identified as the Hydraulic Curve represents schematically, 5 the variation of the flow in the fuel channel according to the channel power, based on the hydraulic characteristics of the fuel channel. For a given temperature, inlet, in 7 TIN channel and an outlet pressure in channel P _0UT as shown in figure 1, the CHF variation as a function of channel flow, is represented by the curve identified as CHF curve 9 so that CHF is meets condition A. As shown in fig. 3, a decrease of the hydraulic resistance in the channel will decrease the pressure difference of the cooling agent and thus will determine the flow to increase as represented by the curve with broken line and consequently moves the CHF from condition A to condition B The difference between the power of a 13-channel horn channel corresponding to condition B and the one corresponding to condition A is net gain in CCP. 15

Din fig. 3, se poate concluziona că o reducere a rezistenței hidraulice în canalul de combustibil poate produce un câștig net în CCP. O reducere a rezistenței hidraulice a 17 canalului de combustibil poate fi realizată prin forma aerodinamică a barelor de combustibil, prin creșterea secțiunii ariei de curgere a agentului de răcire, sau prin reducerea numărului 19 de plăci de capăt transversale prin folosirea elementelor de combustibil în fiecare bară; în orice caz, toate acestea cer remodelarea, în proporție mare, a barelor de combustibil și pot 21 să nu fie compatibile cu reactoarele funcționale existente.From FIG. 3, it can be concluded that a reduction of the hydraulic resistance in the fuel channel can produce a net gain in the CCP. A reduction in the hydraulic resistance of the 17 fuel channel can be achieved by the aerodynamic shape of the fuel rods, by increasing the flow area section of the cooling agent, or by reducing the number of 19 transverse end plates by using the fuel elements in each bar. ; In any case, all this requires a large proportion of fuel rods to be remodeled and may not be compatible with existing functional reactors.

S-a determinat că o reducere a rezistenței hidraulice în canal poate fi de asemenea 23 realizată prin menținerea unei alinieri rotaționale a barelor de combustibil în jurul axei lor longitudinale. Cea mai mare diferență de presiune în sistemul primar a unui reactor pre- 25 surizat de tipul cu canal de combustibil, este întâlnită în canalele de combustibil. în canalele de combustibil, aproximativ jumătate din diferența de presiune este datorată frecării de 27 suprafață, și 35% la 40% este datorată nealinierii rotaționale întâmplătoare, inițiale, a joncțiunii barelor în jurul axei lor centrale, longitudinale. Atunci când joncțiunile barelor sunt neali- 29 niate, regiunea plăcii de capăt a tijelor de combustibil și cele două plăci de capăt a barelor adiacente nu sunt aliniate în raport cu direcția de curgere a agentului de răcire și deci 31 prezintă o secțiune transversală mai mare, împiedicând curgerea agentului de răcire.It was determined that a reduction of the hydraulic resistance in the channel can also be achieved by maintaining a rotational alignment of the fuel rods around their longitudinal axis. The largest pressure difference in the primary system of a fuel channel type reactor, is found in the fuel channels. In the fuel channels, about half of the pressure difference is due to the 27 surface friction, and 35% to 40% is due to the accidental, initial rotational misalignment of the junction of the bars around their central, longitudinal axis. When the junctions of the bars are misaligned, the region of the fuel rod end plate and the two end bars of the adjacent bars are not aligned with the flow direction of the cooling agent and thus 31 has a larger cross section, preventing the flow of the cooling agent.

Pierderea datorată diferenței de presiune a joncțiunii barelor poate fi exprimată printr- 33 un factor de pierdere hidraulic, kj definit ca Kj=AP/(p V²) unde ΔΡ este diferența de presiune în joncțiune, p este densitatea agentului de răcire și V este viteza agentului de răcire. Fig. 35 4 reprezintă un grafic care arată efectul nealinierii barelor la un factor de pierdere în bară total K_T pentru bara CANFLEX™ Mk.4 în interiorul a 3% scurgere în tubul de presiune. 37 Semnătura joncțiunii barei arătată în figura 4 se manifestă printr-un model care se repetă în factorul de pierdere de bară total, ce trece printr-un minim la fiecare 51,4° pentru bara 39 CANFLEX™ Mk.4 de 43 de elemente. Similar, fig. 5 reprezintă un grafic care arată efectul nealinierii barelor la un factor de pierdere în bară total pentru bara CANDUO-6 în interiorul 41 a 3% scurgere în tubul de presiune. Semnătura joncțiunii barei arătată în fig. 5 se manifestă printr-un model care se repetă în factorul de pierdere de bară total, ce trece printr-un minim 43 la fiecare 60° pentru bara CANDU®-6 de 37 de elemente. Diferența de presiune minimă pe bară apare atunci când barele se rotesc în jurul axei lor longitudinale centrale astfel că tijele 45 de combustibil individuale în barele adiacente pot fi aliniate. Pe lângă aceasta, dacă barele pot fi aliniate și rămân aliniate în inima reactorului, rezistența hidraulică de canal poate fi 47 redusă semnificativ, și va putea astfel crește viteza curgerii. Această viteză de curgereThe loss due to the pressure difference of the bar junction can be expressed by a hydraulic loss factor, kj defined as Kj = AP / (p V ² ) where ΔΡ is the pressure difference in the junction, p is the density of the cooling agent and V is coolant speed. Fig. 35 4 is a graph showing the effect of the non-alignment of the bars to a total loss factor K _T for the CANFLEX ™ bar Mk.4 within 3% leakage in the pressure tube. 37 The signature of the bar junction shown in Figure 4 is manifested by a pattern that is repeated in the total bar loss factor, which passes through a minimum of every 51.4 ° for the 39-element CANFLEX ™ Mk.4 bar of 43 elements. Similarly, FIG. 5 is a graph showing the effect of non-alignment of the bars to a total bar loss factor for the CANDUO-6 bar inside 41 of 3% leakage in the pressure tube. The signature of the bar junction shown in fig. 5 is manifested by a pattern that is repeated in the total bar loss factor, which passes through a minimum of 43 every 60 ° for the CANDU®-6 bar of 37 elements. The minimum pressure difference on the bar occurs when the bars rotate about their central longitudinal axis so that the individual fuel rods 45 in the adjacent bars can be aligned. In addition, if the bars can be aligned and remain aligned in the heart of the reactor, the channel hydraulic resistance can be significantly reduced, and thus may increase the flow rate. This speed of flow

RO 120512 Β1 crescută va fi mai mică la entalpia de intrare și crește CCP de la condiția A la condiția B așa cum se arată schematic în fig. 3.RO 120512 Β1 increased will be smaller at the enthalpy of entry and increase CCP from condition A to condition B as shown schematically in fig. 3.

în orice caz, un număr de limitări funcționale și de modele esențiale la reactoarele de tip CANDU® vor trebui învinse în scopul realizării și menținerii alinierii barelor de combustibil. Reactoarele de tipul CANDU® sunt reaprovizionate în direct. Mașini de reaprovizionare care funcționează departe sunt folosite ca să încarce bare de combustibil noi la un capăt al barei de combustibil date și să îndepărteze barele de combustibil folosite de la celălalt capăt sau același capăt. Barele de combustibil sunt introduse în canalele de combustibil fără nici o încercare de aliniere a elementelor de combustibil în raport cu cu elementele de combustibil a barei de combustibil instalate anterior, în timp ce o încercare poate fi făcută să alinieze barele, în cazul transferului combustibilului a mașinii de reaprovizionare, barele ar putea fi nealiniate pe durata șederii lor în timpul de ședere (aproximativ 12 luni) în interiorul reactorului datorită oscilației și vibrației continue ale barelorde combustibil expuse la viteze foarte mari ale masei de agent de răcire și datorită impactului unora cu altele în timpul operației de alimentare. Sub acest aspect, la testele de rezistență ale barelor, rotații ale barelor de până la 31 ° vor fi observate. în consecință, orice schemă de aliniere a barelor trebuie să prevadă nu numai capacitatea de a introduce barele în canalul de combustibil într-o poziție predeterminată de aliniere axială în raport cu barele introduse anterior, ea trebuie de asemenea să realizeze reținerea barelor împotriva rotației axiale pe durata șederii lor în interior.In any case, a number of functional limitations and essential models for CANDU® reactors will have to be overcome in order to achieve and maintain the alignment of the fuel rods. CANDU® reactors are replenished live. Far-out refueling machines are used to load new fuel rods at one end of the given fuel rod and remove the used fuel rods from the other end or the same end. Fuel rods are inserted into the fuel channels without any attempt to align the fuel elements with respect to the fuel elements of the previously installed fuel rod, while an attempt may be made to align the bars in the case of fuel transfer. refueling machine, the bars could be misaligned during their stay (approximately 12 months) inside the reactor due to the continuous oscillation and vibration of the fuel rods exposed at very high speeds of the cooling agent mass and due to the impact of each other. during the feeding operation. In this respect, at bar strength tests, rotations of bars up to 31 ° will be observed. Accordingly, any bar alignment scheme must provide not only the ability to insert the bars into the fuel channel in a predetermined position of axial alignment relative to the bars previously introduced, it must also achieve the retention of the bars against the axial rotation on the the duration of their stay indoors.

în plus, alinierea barei într-un reactor de tipul CANDU® nu trebuie să interfereze cu operațiile de reaprovizionare convenționale. într-un reactor de tipul CANDU®, barele de combustibil într-un canal de combustibil dat, nu sunt interconectate. Aceasta permite reaprovizionarea în direct prin încărcarea barelor de combustibil pe la un capăt al canalului de combustibil și descărcarea barelor utilizate pe la celălalt capăt prin intermediul mașinilor de manevrare a combustibilului operabile de la distanță. Mașinile de reaprovizionare convenționale nu au model funcțional care să permită să facă sau să strice o schemă de interconectare a barelor de tipul care ar putea să realizeze reținerea rotației axiale relativă pe durata timpului de ședere în interiorul reactorului și ca un rezultat a impactului în timpul operațiilor de reaprovizionare. în consecință, alinierea barei de combustibil într-un reactor de tipul CANDU® nu poate fi realizată prin folosirea mijloacelor de interconectare a oricărei bare ce vor interfera cu operația de reaprovizionare sau cere modificări substanțiale la operația de reaprovizionare.In addition, aligning the bar in a CANDU®-type reactor should not interfere with conventional refueling operations. In a CANDU® reactor, the fuel rods in a given fuel channel are not interconnected. This allows live refueling by loading the fuel rods on one end of the fuel channel and unloading the used rods on the other end via remote operated fuel handling machines. Conventional refueling machines do not have a functional model that allows to make or break a bar interconnection scheme of the type that could perform relative axial rotation retention during the residence time inside the reactor and as a result of impact during operations. of resupply. Consequently, alignment of the fuel rod in a CANDU® reactor cannot be achieved by using the interconnecting means of any bar that will interfere with the refueling operation or require substantial modifications to the refueling operation.

Prezenta invenție va lua avantajele ale căii esențiale de bare de combustibil în operațiile de reaprovizionare în direct pentru un reactor de tipul CANDU®. într-un reactor de tipul CANDU®, reaprovizionarea este realizată folosind o mașină de control al alimentării, automată. Barele de combustibil, grupate în perechi de bare, sunt încărcate într-un mecanism de transfer al combustibilului. Perechile de bare de combustibil sunt împinse în magazia de încărcat combustibil sub un control semiautomat. Perechile de bare de combustibil sunt apoi împinse de un berbec acționat printr-un motor controlat automat, în pozițiile din magazie vacante ale mașinii de alimentare. Mașina de alimentare se mișcă în fața reactorului, se blochează pe capătul din amonte a canalului de combustibil, și un ansamblu berbec îndepărtează și stochează tamponul canalului de combustibil, introduce perechea de bare de combustibil și înlocuiește tamponul. Când reaprovizionarea este făcută pe la ambele capete, o operație de descărcare similară este realizată în partea de aval a canalului de combustibil să schimbe barele de combustibil folosite în timp ce înlocuirea barele de combustibil este făcută la celălalt capăt. Când reaprovizionarea este făcută numai pe la un capăt, barele de combustibil sunt întâi schimbate de la canalul de combustibil și înlocuirea barelor este făcută pe la același capăt. în oricare din cazuri, unele dintre barele de combustibilThe present invention will take advantage of the essential fuel rod path in live refueling operations for a CANDU® reactor. In a CANDU® type reactor, refueling is performed using an automatic feed control machine. Fuel bars, grouped into pairs of bars, are loaded into a fuel transfer mechanism. Fuel rod pairs are pushed into the fuel loading bin under semi-automatic control. The pairs of fuel rods are then pushed by a ram driven by an automatically controlled motor into the vacant positions of the fueling machine. The feed machine moves in front of the reactor, locks on the upstream end of the fuel channel, and a ram assembly removes and stores the fuel channel buffer, inserts the fuel rod pair, and replaces the buffer. When the refueling is done on both ends, a similar unloading operation is performed on the downstream side of the fuel channel to change the used fuel rods while replacing the fuel rods at the other end. When refueling is done only at one end, the fuel rods are first changed from the fuel channel and the replacement of the bars is done at the same end. In either case, some of the fuel rods

RO 120512 Β1 descărcate pot fi introduse în canalul de combustibil în conformitate cu planul de 1 management al combustibilului.EN 120512 Β1 downloaded can be inserted into the fuel channel according to the 1 fuel management plan.

Astfel, barele de combustibil într-un reactor de tipul CANDU® se mișcă de-a lungul 3 canalului de combustibil în perechile de bare. în mod specific, fiecare pereche de bare petrece un an într-un canal de combustibil dat, înainte ca să fie schimbată. Folosirea pere- 5 chilorde bare în reaprovizionarea reactoarelor de tipul CANDU® face posibilă utilizarea unor mijloace de interconectare pentru barele în perechi aliniate axial și pentru interblocarea pre- Ί cisă a barelor în perechi contra rotației axiale relative și separarea din timpul operației de reaprovizionare și în timpul șederii în interiorul canalului de combustibil al reactorului. 9Thus, the fuel bars in a CANDU® reactor move along the 3 channel of fuel in the pairs of bars. Specifically, each pair of bars spends a year in a given fuel channel before being replaced. The use of 5-bar bars in replenishing CANDU®-type reactors makes it possible to use interconnecting means for axially aligned pairs of bars and for precise interlocking of the bars in pairs against relative axial rotation and separation during the refueling operation and in while staying inside the reactor fuel channel. 9

Referindu-ne acum la fig. 6, bara de combustibil 6 conține o pluralitate de elemente de combustibil 14, reținute într-o relație în care sunt amplasate paralel la fiecare capăt prin 11 placa de capăt 16. Placa de capăt 16 conține weburi circulare concentrice interioare, intermediare și exterioare 20,22 și 24, interconectate prin reticul central 26, reticulul intermediar 13 28 și reticulul exterior 30. Elementele de combustibil 14 sunt lipite sau sudate preliminar la weburile circulare 20,22 și 24 și sunt menținute amplasate în paralel, relativ uniform, în jurul 15 unei axe longitudinale centrale a barei de combustibil 6. Găurile 32 între weburi și placa de capăt 16 permite agentului de răcire să curgă prin placa de capăt 16 și să treacă peste ele- 17 mentele de combustibil 14. Așa cum a fost descris în mare măsură, placa de capăt 16 are un model convențional ca cel folosit într-o bară de combustibil CANDU®. 19 în scopul permiterii barelor de combustibil adiacente să fie interconectate într-o poziție de aliniere radială, placa de capăt 16 este fixată cu două cârlige de interconectare 34. 21Referring now to FIG. 6, the fuel bar 6 contains a plurality of fuel elements 14, retained in a relation in which they are placed parallel to each end by 11 end plate 16. End plate 16 contains concentric circular webs internal, intermediate and outer 20, 22 and 24, interconnected by the central lattice 26, the intermediate lattice 13 28 and the outer lattice 30. The fuel elements 14 are pre-welded or welded to the circular webs 20,22 and 24 and are kept parallel, relatively evenly, around a 15 central longitudinal axis of the fuel rod 6. The holes 32 between the webs and the end plate 16 allow the cooling agent to flow through the end plate 16 and pass over the fuel elements 14. As has been largely described, the end plate 16 has a conventional pattern as used in a CANDU® fuel rod. 19 in order to allow the adjacent fuel rods to be interconnected in a radial alignment position, the end plate 16 is secured with two interconnecting hooks 34. 21

Cârligele 34 poartă la exterior reticulele 30, situate pe partea diametral opusă a plăcii de capăt 16. Cârligele pot fi formate separat și fixate la placa de capăt 16, de exemplu, prin 23 sudură, sau pot fi formate unitar cu plăcile de capăt 16. Mult mai clar este arătat în fig. 7, cârligul 34 conține un picior proeminent în afară 36 și un picior proeminent în jos 38, care, 25 împreună cu reticulul 30, formează o adâncitură deschisă în jos 40. Adâncitura 40 are mărimea corespunzătoare ca să primească și să fixeze strâns reticulul corespunzător al unei 27 plăci de capăt de fixare, din bara adiacentă.The hooks 34 are externally carried by the reticles 30, located on the diametrically opposite side of the end plate 16. The hooks may be formed separately and fastened to the end plate 16, for example, by welding 23, or they may be formed unitary with the end plates 16. Much more clearly is shown in FIG. 7, the hook 34 contains a protruding leg outside 36 and a protruding leg down 38, which, 25 together with the reticle 30, forms an open recess downwards 40. The recess 40 is of the appropriate size to receive and securely attach the corresponding reticle of the reticle. of a 27 end cap plate, from the adjacent bar.

O bară dintr-o pereche de bare date, susține la un capăt o placă de capăt fixată cu 29 cârligele 34 și la celălalt capăt o placă de capăt convențională fără cârligele 34. Cealaltă bară din perechea de bare susține două plăci de capăt la capetele opuse. Așa cum este 31 arătat în fig. 8, barele adiacente se interconectează prin poziționarea lor în relația cap la cap, astfel că placa de capăt, 16 fixată cu cârligele 34 pe o bară, leagă plăcile de capăt 42 con- 33 venționale pe bara adiacentă. Elementul reticul exterior 30 al plăcii de capăt convenționale 42 este reținut de cârligele 34 a plăcii de capăt 16. Interconectarea este realizată prin 35 ridicarea capătului barei care susține placa de capăt 16 (de obicei aproximativ 5 mm) astfel că cârlijele 34 corespund în mod evident, reticululul exterior 30 pe placa de capăt de fixare 37 convențională 42 a barei adiacente, mișcând barele împreună astfel încât plăcile de capăt de fixare se întâlnesc, și capătul inferior al barei se leagă prin cârligele 34 de reticulul 30 pe 39 placa de capăt convențională 42. Această operație poate în mod obișnuit, fi realizată atunci când barele sunt încărcate manual în mecanismul de transfer de combustibil, la începutul 41 operației de reaprovizionare. La această oprire, interconectarea dintre barele de combustibil în pereche poate fi controlată vizual. 43 în cazul unui canal de combustibil pentru un reactor de tipul CANDU® care conține bare de combustibil, fiecare din cele 6 perechi interconectate realizează alinierea 45 elementelor de combustibil. în orice caz, 5 joncțiuni dintre cele 6 perechi de bare rămân neconectate, nealinierea dintre perechile de bare poate apărea. S-a constatat că chiar cu 47One bar in one pair of bars holds at one end a end plate fastened by 29 hooks 34 and at the other end a conventional end plate without hooks 34. The other bar in the pair of bars holds two end plates at opposite ends . As shown in FIG. 8, the adjacent bars are interconnected by their positioning in the end-to-end relationship, so that the end plate, 16 fixed with the hooks 34 on a bar, connects the conventional end plates 42 on the adjacent bar. The outer lattice element 30 of the conventional end plate 42 is retained by the hooks 34 of the end plate 16. The interconnection is accomplished by raising the end of the bar supporting the end plate 16 (usually about 5 mm) so that the hooks 34 clearly correspond , the outer lattice 30 on the conventional end plate 37 of the adjacent bar 42, moving the bars together so that the final end plates meet, and the lower end of the bar are connected through the hooks 34 to the lattice 30 on the conventional end plate 42 This operation can usually be performed when the bars are manually loaded into the fuel transfer mechanism at the beginning of the refueling operation. At this stop, the interconnection between the fuel bars in the pair can be visually controlled. 43 in the case of a fuel channel for a CANDU® type reactor containing fuel rods, each of the 6 interconnected pairs performs alignment of the 45 fuel elements. In any case, 5 junctions of the 6 pairs of bars remain unconnected, misalignment between the pairs of bars may occur. It was found that even with 47

RO 120512 Β1 nealinierea celor 5 joncțiuni de bare, efectul de interconectare a perechilor de bare realizează îmbunătățiri surprinzătoare ale CCP-ului.RO 120512 Β1 the non-alignment of the 5 bar junctions, the effect of interconnecting the pairs of bars realizes surprising improvements of the CCP.

Câștigul în CCP prin alinierea perechilor de bare de combustibil nu este în mod semnificativ afectat de tipul barei sau cantitatea de alunecare diametrală a tubului de presiune. Tabelul 1 determină cantitativ, variația în joncțiunea K-Kj factor, K factor total-Kt factor, și CCP pentru reactoarele de tipul CANDU® cu 37 de elemente de bare de combustibil aliniate în conformitate cu prezenta invenție, în canalele de combustibil care au 0% și 3,1% alunecare.The gain in the CCP by aligning the pairs of fuel rods is not significantly affected by the type of rod or the amount of diameter slide of the pressure tube. Table 1 determines quantitatively, the variation in the junction K-Kj factor, K total factor-Kt factor, and CCP for CANDU® type reactors with 37 fuel rod elements aligned according to the present invention, in the fuel channels having 0 % and 3.1% slip.

Tabelul 1Table 1

0% alunecare 0% slip 3,1% alunecare 3.1% slip Kpjoncțiune aliniată Aligned kjunction 0,458 0,458 0,426 0.426 Kj - cel mai probabil Kj - most likely 0,715 0,715 0,650 0,650 Avg variația în bara K, (perechi de bare aliniate) Avg the variation in the K bar, (pairs of aligned bars) 18% 18% 17% 17% K_T - joncțiune de perechi aliniate (referire la condiții de curgere)K _T - junction of aligned pairs (reference to flow conditions) 1,617 1617 1,440 1440 K_T - joncțiunea de bare cea mai probabilăK _T - most probable bar junction 1,880 1880 1,650 1650 Avg variația în bara K_T (perechi de bară aliniate)Avg the variation in the bar K _T (aligned bar pairs) -8% -8% -7% -7% CCP variația (perechi de bare aliniate în canale limitate CCP) CCP variation (pairs of bars aligned in CCP limited channels) 1,5% 1.5% CCP variația (perechi de bare aliniate în toate canalele) CCP variation (pairs of bars aligned in all channels) 0,75% 0.75%

Tabelul 2 determină cantitativ, variația în joncțiunea K-Kj, K total bară-K_T, și CCP pentru reactoare de tipul CANDU® cu 43 elemente bare de combustibil CANFLEX™ aliniate, în conformitate cu prezenta invenție, în canalele de combustibil care au 0% și 3,1% alunecare diametrală.Table 2 determines quantitatively, the variation in the K-Kj junction, total K-K _T bar, and CCP for CANDU® reactors with 43 CANFLEX ™ fuel rod elements aligned, according to the present invention, in the fuel channels having 0 % and 3.1% diameter slip.

Tabelul 2Table 2

0% alunecare 0% slip 3,1% alunecare 3.1% slip K-joncțiune aliniată K-junction aligned 0,458 0,458 0,400 0,400 K₍ - cel mai probabilK ₍ - most likely 0,754 0.754 0,629 0.629 Avg variația în bara Kj (perechi de bare aliniate) Avg the variation in the Kj bar (pairs of aligned bars) -20% -20% -18% -18%

RO 120512 Β1RO 120512 Β1

Tabelul 2 (continuare)Table 2 (continued)

0% alunecare 0% slip 3,1% alunecare 3.1% slip K_T - joncțiune de perechi aliniate (referire la condiții de curgere)K _T - junction of aligned pairs (reference to flow conditions) 1,710 1710 1,506 1506 K_Ț - joncțiunea de bare cea mai probabilăK _Ț - most probable bar junction 1,984 1984 1,696 1696 Avg variația în bara K_T (perechi de bare aliniate)Avg the variation in the bar K _T (pairs of aligned bars) -7% -7% -6% -6% CCP variația (perechi de bare aliniate în canale limitate CCP) CCP variation (pairs of bars aligned in CCP limited channels) 1,5% 1.5% CCP variația (perechi de bare aliniate în toate canalele) CCP variation (pairs of bars aligned in all channels) 0,75% 0.75%

Așa cum este evident din tabelele 1 și 2, utilizarea perechilor de bare aliniate folosind interblocarea cu plăci de capăt, în conformitate cu prezenta invenție, reduce pierderea de diferență de presiune a joncțiunii barelor de aproximativ 35% (se compară Kj cel mai probabil și Kj cel mai probabil și Kj aliniat) și creșterile CCP 0,75%.As is evident from Tables 1 and 2, the use of aligned bar pairs using end plate interlock according to the present invention reduces the pressure difference of the bar junction by approximately 35% (compare Kj most likely and Kj most likely Kj aligned) and CCP increases 0.75%.

Prezenta invenție are aplicații particulare la reactoare care au unele alunecări la canale de combustibil. Se obișnuiește să se considere că CHF va fi mai mare pentru barele nealiniate datorită unei mai bune amestecări a agentului de răcire și deci o entalpie mai mică va fi instabilă printre subcanale. în timp ce asta poate fi adevărat pentru canale care nu au alunecări, nu este adevărat pentru câteva canale care au alunecări în care curgerea ocolită devine o dificultate. în astfel de cazuri, barele nealiniate pot de fapt să crească efectul curgerii ocolite, ca la barele nealiniate să fie efectiv o rezistență mai mare la curgerea prin bare decât la barele aliniate. Dacă efectul curgerii ocolite devine mult mai important decât efectul amestecării, atunci alinierea barelor, în conformitate cu prezenta invenție, va crește atât CHF cât va scădea rezistența hidraulică.The present invention has particular applications in reactors that have some slips on fuel channels. It is customary to consider that the CHF will be higher for the non-aligned bars due to better mixing of the cooling agent and therefore a lower enthalpy will be unstable among the sub-channels. While this may be true for channels that do not slip, it is not true for some channels that have slides where bypass flow becomes a difficulty. In such cases, the non-aligned bars can actually increase the effect of the bypass flow, so that in the non-aligned bars there is actually a greater resistance to the flow through the bars than to the aligned bars. If the effect of the bypass flow becomes more important than the effect of the mixing, then the alignment of the bars, according to the present invention, will increase both the CHF and the hydraulic resistance.

Creșterea atribuită în CCP la alinierea perechilor de bare depinde dacă barele interblocate sunt situate în toate canalele sau numai în acele canale ce au CCP limitat. S-a determinat că mai puțin de 10% din canalele care funcționează la reactoarele nucleare de tipul CANDU, au un raport al puterii critice (CPR) de 2% din valoarea minimă și, în consecință, se consideră margine limitată. Deși situarea canalului critic se schimbă pe durata vieții reactorului, grupul de canale ce este sau va deveni margine limitată în timpul duratei de ședere în reactor, este predictibil. Dacă perechea de bare interblocată, în conformitate cu prezenta invenție, este limitată la aceste -10% din canalele cu margine limitată, uscate potențiale, diferența de presiune colector la colector nu va fi afectată esențial și câștigul în CCP va fi de 1,5%, semnificativ mai mare decât în cazul când toate canalele de combustibil conțin bare aliniate deoarece curgerea este efectiv redistribuită prin canalele limitate CCP.The increase attributed in CCP to the alignment of the pairs of bars depends on whether the interlocked bars are located in all channels or only in those channels that have limited CCP. It has been determined that less than 10% of the channels operating on CANDU-type nuclear reactors have a critical power ratio (CPR) of 2% of the minimum value and are therefore considered to be of limited scope. Although the location of the critical channel changes during the life of the reactor, the group of channels that is or will become a limited edge during the duration of the reactor stay is predictable. If the interlocked pair of bars, according to the present invention, is limited to these -10% of the channels with limited margin, potential dry, the difference of manifold pressure to the manifold will not be affected essentially and the gain in the CCP will be 1.5% , significantly higher than when all fuel channels contain aligned bars because the flow is effectively redistributed through CCP limited channels.

Câștigul în CCP care poate fi realizat prin prezenta invenție poate fi la fel de mare ca cel indicat în tabelele 1 și 2. Calculele subliniind rezultatele din tabelele 1 și 2 presupun o nealiniere întâmplătoare a celor 5 joncțiuni neconectate de plăci de capăt, între cele șase perechi de bare. Cu toate acestea, gradul de rotație al perechii de bare în timpul șederii în reactor poate fi mult mai limitat decât gradul de rotație a barelor individuale, datorat dublării masei ce va fi rotită. Astfel, o pereche de bare ce va fi aliniată până la introducerea în canalul de combustibil poate fi expusă la un mai mare grad de aliniere și să se reducă rezistența hidraulică pe durata șederii în reactor.The gain in CCP that can be achieved by the present invention can be as great as that indicated in Tables 1 and 2. The calculations underlining the results in Tables 1 and 2 suppose an accidental non-alignment of the 5 junctions connected by end plates between the six. pairs of bars. However, the degree of rotation of the pair of bars during the stay in the reactor may be much more limited than the degree of rotation of the individual bars, due to the doubling of the mass to be rotated. Thus, a pair of bars that will be aligned until introduced into the fuel channel can be exposed to a higher degree of alignment and reduce hydraulic resistance during the stay in the reactor.

RO 120512 Β1 în timp ce prezenta invenție a fost descrisă cu referire la mijloace de interblocare de tipul unui cârlig particular 34, arătat în fig. 8, se apreciază că și alte forme și plasamente de mijloace de interblocare sunt posibile în realizarea scopului invenției. De exemplu, un element de interblocare de tipul unui cârlig poate fi situat pe alte elemente web ale plăcii de capăt cum ar fi reticulul 26, arătat în fig. 6. în orice caz, elementele de interblocare alternative, ar trebui să realizeze o funcționare similară cu cea arătată în fig. 8 incluzând:While the present invention has been described with reference to interlocking means of the type of a particular hook 34, shown in FIG. 8, it is appreciated that other forms and placements of interlocking means are possible in achieving the scope of the invention. For example, an interlocking element such as a hook may be located on other web elements of the end plate such as the lattice 26, shown in FIG. 6. In any case, the alternative interlocking elements should perform an operation similar to that shown in fig. 8 including:

- libertatea ansamblului: interblocarea poate fi ușor prinsă și desprinsă.- freedom of assembly: the interlock can be easily caught and detached.

- flexibilitatea: interblocarea poate permite o mișcare a barelor minimală printre tuburile de presiune care coboară peste ele pe durata vieții lor funcționale, și permit o mișcare laterală suficientă ca mișcarea cerută în timpul aprovizionării și descărcării.- Flexibility: Interlocking can allow minimal movement of the bars between the pressure tubes that descend over them during their functional life, and allow a lateral movement sufficient as the movement required during supply and unloading.

- interblocare pozitivă: perechile de bare trebuie să rămână aliniate pe durata tranzitării în canalele de combustibil ale reactorului.- positive interlock: the pairs of bars must remain aligned during the transit through the reactor's fuel channels.

Această cerință impune ca interblocarea să rămâne atașată în timpul operației de interblocare și nu poate fi separată axial în afară de cerința ca să permită o mișcare minimală a barelor așa cum s-a precizat mai sus.This requirement requires the interlock to remain attached during the interlock operation and cannot be axially separated apart from the requirement to allow minimal movement of the bars as specified above.

- simplitate: interblocarea este preferată la o modificare de desen simplă la modelele de plăci de capăt ale barelor de combustibil existente și ar putea fi mai ușor de prelucrat sau adaptat.- Simplicity: Interlocking is preferred over a simple drawing change to existing fuel rod endplate models and could be easier to process or adapt.

- greutate scăzută: interblocarea nu aduce o creștere semnificativă a masei Zr a barei de combustibil.- low weight: the interlock does not bring a significant increase in the mass Zr of the fuel bar.

- compatibilitate: interblocarea nu ar trebui să interfereze cu sculele pentru reaprovizionarea și manevrarea barele de combustibil, separatorii barelor de combustibil sau tampoane de protecție.- Compatibility: Interlocking should not interfere with tools for refueling and handling fuel rods, fuel rod separators or bumpers.

- fără pierderi: interblocările nu ar trebui să fie afectate de frecare, diferența de presiune și CHF, astfel încât aprobarea pentru autorizații adiționale trebuie căutată să aparțină de la reanalizarea lui CCP la aprecierea pentru creșterea curgerii în canal.- Loss-free: Interlocks should not be affected by friction, pressure difference and CHF, so approval for additional authorizations should be sought from re-analyzing CCP to appreciation for increased channel flow.

- aplicabilitate: interblocările ar trebui aplicate la o diversitate de modele de bare de combustibil și plăci de capăt.- Applicability: Interlocks should be applied to a variety of fuel rod and end plate models.

în conformitate cu prezenta invenție, fiecare a doua bară dintr-un canal de combustibil va avea o placă de capăt fixată cu cârlige de interconectare. Se reduce posibilitatea ca barele să se amestece, placa de capăt fixată cu cârlige de interconectare poate fi colorată sau poate avea un cod de bare și un cititor optic poate fi folosit ca să asigure alinierea corespunzătoare. Alte metode care să asigure contra greșelilor de manevrare pot fi folosite.According to the present invention, each second bar in a fuel channel will have an end plate fixed with interconnecting hooks. The possibility of mixing the bars is reduced, the end plate fixed with interconnecting hooks may be colored or may have a bar code and an optical reader may be used to ensure proper alignment. Other methods to insure against handling errors can be used.

Unele plăci de capăt ale barelor de combustibil, pot deveni ușor concave datorită alungirii permanente a elementelor de combustibil la puteri mai mari. Plasarea cârligelor de interconectare a barelor pe reticulul inel exterior, cum este arătat în fig. 8, este preferată datorită efectului de concavitate, lângă periferia plăcii de capăt, care este minimal. în plus, asigurarea toleranței între cârligele de interconectare și reticulele corespondente ale perechilor de bare adiacente permite unele deformări ale plăcii de capăt, fără a cauza distrugerea cârligelor.Some end plates of fuel rods can become slightly concave due to the permanent elongation of the fuel elements at higher powers. Placing the bars interconnecting hooks on the outer ring lattice, as shown in fig. 8, is preferred due to the concavity effect, near the periphery of the end plate, which is minimal. In addition, ensuring tolerance between the interconnecting hooks and the corresponding lattices of adjacent bar pairs allows for some deformation of the end plate, without causing the hooks to be damaged.

Se înțelege că numeroase modificări pot fi făcute invenției fără a ne depărta de scopul invenției așa cum a fost revendicată aici.It is understood that numerous modifications can be made to the invention without departing from the scope of the invention as claimed herein.

Claims (10)

Revendicăriclaims 1. Ansamblu de canale de combustibil pentru folosirea într-un reactor nuclear presurizat, de tipul cu canal de combustibil conceput pentru a fi reaprovizionat în direct prin introducerea și îndepărtarea barelor de combustibil în și pornind de la o pluralitate de ansambluri1. Fuel channel assembly for use in a pressurized nuclear reactor, of the type with fuel channel designed to be refueled live by inserting and removing fuel rods into and from a plurality of assemblies RO 120512 Β1 de canale de combustibil, fiecare din respectivele ansambluri de canale de combustibil con- 1 ținând un tub depresiune prelungit și o pluralitate de bare de combustibil dispuse longitudinal în respectivul tub de presiune, în relație cap la cap, fiecare din respectivele bare de corn- 3 bustibil conținând o pluralitate de elemente de combustibil alungite, dispuse în spațiu paralel, uniform, în jurul unei axe longitudinale, între plăcile de capăt dispuse transversal, res- 5 pectivele plăci de capăt având găuri prin care să permită agentului de răcire să curgă prin respectivele canale de combustibil în contact cu respectivele elemente de combustibil, 7 caracterizat prin aceea că ansamblul de canale de combustibil mai conține cel puțin un ansamblu de perechi de bare de combustibil, respectivul ansamblu de perechi de bare de 9 combustibil conținând o pereche de bare de combustibil în relație cap la cap și mijloace de interconectare pentru interconectarea fețelor plăcilor de capăt adiacente a respectivei 11 perechi de bare de combustibil, respectivele plăci de capăt (16) de fixare adiacente a respectivei perechi de bare de combustibil fiind interconectate prin respectivele mijloace de 13 interconectare pentru menținerea respectivei elemente de combustibil într-o poziție predeterminată de aliniere rotațională relativă în jurul unei axe longitudinale și să prevină sepa- 15 rația axială a respectivei perechi de bare de combustibil în tubul de presiune, respectivul ansamblu de perechi de bare de combustibil nefiind interconectate împotriva separării axiale 17 de barele adiacente din tubul de presiune, permițând astfel încărcarea și descărcarea independentă a respectivului ansamblu de perechi de bare de combustibil. 19EN 120512 Β1 fuel channels, each of said fuel channel assemblies 1 having an extended depression tube and a plurality of longitudinally arranged fuel rods in said pressure tube, relative to each other, each of said respective fuel rods. 3 bushing containing a plurality of elongated fuel elements, arranged in parallel, uniform space, about a longitudinal axis, between the end plates arranged transversely, the respective end plates having holes through which to allow the cooling agent to flows through the respective fuel channels in contact with said fuel elements, 7 characterized in that the fuel channel assembly also contains at least one assembly of pairs of fuel rods, the respective assembly of pairs of 9 fuel rods containing a pair of fuel rods in relation to each other and interconnecting means for interco nectar the faces of the adjacent end plates of said 11 pairs of fuel rods, said end plates (16) adjacent adjacent of said pair of fuel rods being interconnected by the respective means of 13 interconnecting to maintain said fuel element in a position predetermined relative rotational alignment about a longitudinal axis and prevent the axial separation of the respective fuel rod pair in the pressure tube, the respective fuel rod assembly not being interconnected against the axial separation 17 of the adjacent rods in the pressure tube. pressure, thus allowing independent loading and unloading of the respective fuel rod assembly. 19 2. Ansamblu de canale de combustibil, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că mijloacele pentru interconectare conțin cel puțin un element de reținere fixat la una 21 din plăcile de capăt (16) de fixare și care angrenează strâns, cealaltă respectivă placă de capăt (16). 23Fuel channel assembly according to claim 1, characterized in that the interconnecting means comprises at least one retaining member fastened to one 21 of the end plates (16) and which tightly engage the other end plate ( 16). 2. 3 3. Ansamblu de canale de combustibil, conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că fiecare placă de capăt (16) conține elemente web inelare concentrice exterioare, 25 intermediare și interioare (20,22 și 24) respectivele elemente web interioare și intermediare (22 și 24) fiind interconectate prin reticule interioare (28) și respectivele elementele web 27 inelare intermediare și exterioare (22 și 20) fiind interconectate prin reticule exterioare (30), și care conține două elemente cârlig, (34) fiecare conectat la un reticul exterior (30) a uneia 29 din respectiva față a plăcilor de capăt (16) și se extinde longitudinal printr-o gaură și transversal în spatele reticulului exterior (30) corespunzător, al celeilalte respective plăci de capăt 31 (16) de fixare.Fuel channel assembly according to claim 2, characterized in that each end plate (16) contains outer concentric web elements, 25 intermediate and inner (20,22 and 24) respective inner and intermediate web elements (22 and 24) being interconnected by internal lattices (28) and the respective web elements 27 intermediate and outer rings (22 and 20) being interconnected by external lattices (30), and containing two hook elements, (34) each connected to an external lattice ( 30) of one 29 of said front face of the end plates (16) and extends longitudinally through a hole and transversely behind the corresponding outer reticle (30) of the other respective end plate 31 (16). 4. Ansamblu de canale de combustibil, conform revendicării 2, caracterizat prin 33 aceea că fiecare placă de capăt (16) conține elemente web inelare concentrice exterioare, intermediare și interioare, (20,22 și 24) respectivele elemente web interioare și intermediare, 35 (22 și 24) fiind interconectate prin reticulul interior (28) și respectivele elemente de web inelare intermediare și exterioare (22 și 20) fiind interconectate prin reticule exterioare, (30) și 37 care conține două elemente cârlig (34), fiecare conectat la un reticul interior (24) al respectivei fețe a plăcii de capăt (16), și se extinde longitudinal printr-o gaură și transversal în spa- 39 tele reticulului interior (24) corespunzător, al celeilalte plăci de capăt (16) respective de fixare. 41Fuel channel assembly according to claim 2, characterized in that each end plate (16) contains outer, intermediate and inner concentric annular web elements, (20.22 and 24) said inner and intermediate web elements, 35 (22 and 24) being interconnected by the inner lattice (28) and the respective intermediate and outer annular web elements (22 and 20) being interconnected by the outer lattices, (30) and 37 containing two hook elements (34), each connected to an inner reticle (24) of said face of the end plate (16), and extends longitudinally through a hole and transversely into the spaces of the corresponding inner reticle (24), of the other end plate (16) respective fixing . 41 5. Ansamblu de canale de combustibil, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că poziția predeterminată a alinierii rotaționale relative este selectată ca să producă 43 rezistența hidraulică minimă a agentului de răcire care trece prin respectivul ansamblu de perechi de bare. 45Fuel channel assembly according to claim 1, characterized in that the predetermined position of the relative rotational alignment is selected to produce the minimum hydraulic resistance of the cooling agent passing through said bar pair assembly. 45 6. Ansamblu de canale de combustibil, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că poziția predeterminată a alinierii rotationale relative este selectată să alinieze 47 longitudinal elementele de combustibil ale respectivei perechi de bare de combustibil.Fuel channel assembly according to claim 1, characterized in that the predetermined position of the relative rotational alignment is selected to longitudinally align the fuel elements of said fuel rod pair. RO 120512 Β1RO 120512 Β1 7. Metodă de creștere a Puterii de Canal Critice (CCP) într-un reactor nuclear presurizat, de tipul cu canal de combustibil, conceput pentru a fi reaprovizionat în direct, prin introducerea și îndepărtarea barelor de combustibil, în și pornind de la o pluralitate de ansambluri de canale de combustibil, fiecare din respectivele ansambluri de canale de combustibil cuprinzând un tub de presiune alungit și o pluralitate de bare de combustibil dispuse longitudinal în respectivul tub de presiune în relație cap la cap, fiecare dintre respectivele bare de combustibil, cuprinzând o pluralitate de elemente de combustibil alungite, reținute în spațiu, paralel, uniform, în jurul unei axe longitudinale, între plăcile de capăt dispuse transversal, respectivele plăci de capăt având găuri prin care să permită agentului de răcire să curgă prin respectivele canale de combustibil în contact cu respectivele elemente de combustibil, caracterizată prin aceea că include fazele de:7. Method of increasing the Critical Channel Power (CCP) in a pressurized nuclear reactor, of the fuel channel type, designed to be refueled live, by introducing and removing fuel rods, in and starting from a plurality fuel channel assemblies, each of said fuel channel assemblies comprising an elongated pressure tube and a plurality of longitudinally arranged fuel rods in said pressure tube relative to each other, each of said fuel rods comprising a plurality of elongated fuel elements, held in space, parallel, uniformly, about a longitudinal axis, between the end plates arranged transversely, the respective end plates having holes through which to allow the cooling agent to flow through the respective fuel channels in contact with the respective fuel elements, characterized in that it includes phases that of: (i) interblocarea plăcilor de capăt față de perechea de bare de combustibil în relația cap la cap, astfel încât să se mențină într-o poziție predeterminată de aliniere rotațională, relativă, în jurul unei axe longitudinale și să prevină separația axială a respectivei perechi de bare de combustibil;(i) interlocking the end plates with respect to the pair of fuel rods in the head-to-head relationship so as to maintain a predetermined position of relative rotational alignment around a longitudinal axis and prevent axial separation of said pair of fuel rods; (ii) introducerea respectivei perechi interblocate, de bare de combustibil, într-un canal de combustibil, respectiva pereche interblocată, de bare de combustibil, nefiind interconectată împotriva separării axiale de barele adiacente din tubul de presiune și (iii) îndepărtarea a două bare de combustibil nepereche de la respectivul canal de combustibil.(ii) inserting said interlocked pair, of fuel rods, into a fuel channel, said interlocked pair, of fuel rods, not being interconnected against axial separation with adjacent bars of the pressure tube, and (iii) removing two bars of unpaired fuel from the respective fuel channel. 8. Metodă conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că fazele (i) la (iii) se repetă până ce toate barele de combustibil din respectivul canal de combustibil sunt în perechi interblocate.Method according to claim 7, characterized in that the steps (i) to (iii) are repeated until all the fuel rods in said fuel channel are in interlocked pairs. 9. Metodă conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că fazele (i) la(iii) se repetă până ce toate barele de combustibil din pluralitatea de canale de combustibil sunt în perechi interblocate.Method according to claim 7, characterized in that the steps (i) to (iii) are repeated until all the fuel rods in the plurality of fuel channels are in interlocked pairs. 10. Metodă conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că respectiva pluralitate de canale de combustibil conține numai acele canale de combustibil ce nu sunt sau nu vor deveni limitate la margine în timpul duratei de ședere a combustibilului în reactor.A method according to claim 9, characterized in that said plurality of fuel channels contains only those fuel channels that are not or will not be limited at the margin during the duration of the fuel stay in the reactor.