RO120512B1

RO120512B1 - Ansamblu de canale de combustibil şi metodă de creştere a puterii de canal critice, într-un reactor nuclear presurizat

Info

Publication number: RO120512B1
Application number: ROA200200334A
Authority: RO
Inventors: C. Groeneveld De; R. Schenk John; Rayman Sollychin
Original assignee: Atomic Energy Of Canada Limited
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2006-02-28
Also published as: KR20020054326A; GB2374453A; CN1196138C; WO2001024195A1; GB0209512D0; GB2374453B; KR100727503B1; AU7397700A; CN1402874A

Abstract

Invenţia se referă la un sistem de ameliorare a puterii de canal, critice (CCP), destinat unui reactor nuclear presurizat, răcit cu apă, de tipul cu canal de combustibil, conceput pentru a fi reaprovizionat în direct, prin introducerea şi retragerea barelor de combustibil, în sau pornind de la o pluralitate de ansambluri de canale de combustibil. Un element serveşte la asamblarea barelor de combustibil în perechi, astfel încât elementele lor de combustibil să se afle aliniate, ceea ce permite diminuarea rezistenţei hidraulice în canalul de combustibil şi ameliorarea puterii de canal, critice (CCP). Elementul de asamblare permite evitarea unei alinieri greşite a barelor regrupate în perechi, pe durata timpului lor de şedere în interiorul reactorului, nealinierea având loc datorită oscilaţiei şi vibraţiei continue ale barelor de combustibil, supuse la debite masice foarte importante de agent termic şi datorită separării axiale a barelor, atunci când acestea vin în impact unele cu altele, în timpul operaţiei de aprovizionare.

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.

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.

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.

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.

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.

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 mai

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.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.

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 de

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.

Acestea și alte trăsături ale invenției vor deveni mai evidente din următoarea descriere, cu referire la fig. 1...8, care reprezintă:

- fig. 1, vedere schematică pentru explicarea curgerii agentului de răcire într-un canal de combustibil;

- fig. 2, vedere laterală a unei bare de combustibil CANDU® specifice, bara CANFLEX™ Mk.4;

- fig. 3, grafic care arată variația CCP-ului în funcție de variația rezistenței hidraulice a canalului;

- 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. 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. 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. 7, vedere în secțiune parțială a unui element de interblocare a plăcii de capăt luată de-a lungul liniei 7, din fig. 6;

- fig. 8, vedere în perspectivă a două plăci de capăt interconectate în conformitate cu prezenta invenție.

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.

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 de

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. 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. 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.

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.

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 curgere

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.

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.

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.

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 combustibil

RO 120512 Β1 descărcate pot fi introduse în canalul de combustibil în conformitate cu planul de 1 management al combustibilului.

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. 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. 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.

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 47

RO 120512 Β1 nealinierea celor 5 joncțiuni de bare, efectul de interconectare a perechilor de bare realizează îmbunătățiri surprinzătoare ale CCP-ului.

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.

Tabelul 1

	0% alunecare	3,1% alunecare
Kpjoncțiune aliniată	0,458	0,426
Kj - cel mai probabil	0,715	0,650
Avg variația în bara K, (perechi de bare aliniate)	18%	17%
K_T - joncțiune de perechi aliniate (referire la condiții de curgere)	1,617	1,440
K_T - joncțiunea de bare cea mai probabilă	1,880	1,650
Avg variația în bara K_T (perechi de bară aliniate)	-8%	-7%
CCP variația (perechi de bare aliniate în canale limitate CCP)		1,5%
CCP variația (perechi de bare aliniate în toate canalele)	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.

Tabelul 2

	0% alunecare	3,1% alunecare
K-joncțiune aliniată	0,458	0,400
K₍ - cel mai probabil	0,754	0,629
Avg variația în bara Kj (perechi de bare aliniate)	-20%	-18%

RO 120512 Β1

Tabelul 2 (continuare)

	0% alunecare	3,1% alunecare
K_T - joncțiune de perechi aliniate (referire la condiții de curgere)	1,710	1,506
K_Ț - joncțiunea de bare cea mai probabilă	1,984	1,696
Avg variația în bara K_T (perechi de bare aliniate)	-7%	-6%
CCP variația (perechi de bare aliniate în canale limitate CCP)		1,5%
CCP variația (perechi de bare aliniate în toate canalele)	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%.

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.

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.

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.

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:

- libertatea ansamblului: interblocarea poate fi ușor prinsă și desprinsă.

- 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.

- interblocare pozitivă: perechile de bare trebuie să rămână aliniate pe durata tranzitării în canalele de combustibil ale reactorului.

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.

- 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.

- greutate scăzută: interblocarea nu aduce o creștere semnificativă a masei Zr a barei de combustibil.

- compatibilitate: interblocarea nu ar trebui să interfereze cu sculele pentru reaprovizionarea și manevrarea barele de combustibil, separatorii barelor de combustibil sau tampoane de protecție.

- 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.

- aplicabilitate: interblocările ar trebui aplicate la o diversitate de modele de bare de combustibil și plăci de capăt.

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.

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.

Se înțelege că numeroase modificări pot fi făcute invenției fără a ne depărta de scopul invenției așa cum a fost revendicată aici.

Claims

Revendicări

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 ansambluri

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. 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). 23
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.
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. 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. 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.

RO 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:

(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;

(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.
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.
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.
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.