RU1669308C - Твэл стержневого типа - Google Patents
Твэл стержневого типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU1669308C RU1669308C SU894709971A SU4709971A RU1669308C RU 1669308 C RU1669308 C RU 1669308C SU 894709971 A SU894709971 A SU 894709971A SU 4709971 A SU4709971 A SU 4709971A RU 1669308 C RU1669308 C RU 1669308C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tablets
- height
- conical
- tablet
- flat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Glanulating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике, конкретно к твэлам стержневого типа с керамическими топливными таблетками. Целью изобретения является повышение надежности твэла путем улучшения качества таблеток за счет увеличения прочности их торцов, а также уменьшение термических деформаций таблеток и их термомеханического взаимодействия с оболочкой. Каждый из торцов топливных таблеток имеет наружные фаски и конусные с плоскими площадками выступы. В центральной части указанных плоских площадок выполнены конусные полусферические или с плоскими площадками углубления. Как вариант исполнения, предусмотрено наличие сквозного осевого отверстия. При этом между геометрическими параметрами таблетки имеют место следующие соотношения: hв=(0,005...0,009)·H; H = 0,25. . . 2,0D hy=(1,1...2,5)·(hн.ф+hв), где H и D - соответственно высота и диаметр таблетки hв, hy и hн.ф - соответственно высоты конусных выступов, углублений и наружных фасок. 5 ил.
Description
Изобретение относится к ядерной энергетике, например к твэлам энергетических реакторов, и может применяться в химической промышленности, приборостроении и других отраслях народного хозяйства в устройствах, содержащих одну или несколько таблеток, помещенных внутрь элементов цилиндрической формы с различной толщиной стенок. Такие таблетки изготавливают из смеси порошка с пластификатором и другими добавками методом прессования, сушки при температуре до 1000оС, в необходимых случаях спекания при температурах свыше 1000оС, шлифования в размер по наружному диаметру для получения требуемых зазоров между таблеткой и стенками цилиндрических элементов.
К элементам цилиндрической формы относятся и твэлы энергетических реакторов. В процессе эксплуатации твэлы работают в сложных условиях термомеханического взаимодействия оболочки с таблетками, обpазующими топливный столб. Это взаимодействие является следствием различных коэффициентов термического расширения материала таблеток и оболочки, эффекта "доспекания" таблеток в начале работы твэла, радиационного эффекта, приводящего к распуханию топлива при значительных выгораниях, начиная в оболочке крошки таблеток, возможного заклинивания таблеток в оболочке, зависит от конструкции таблеток и оказывает существенное влияние на работоспособность твэлов. При этом работоспособность твэлов тем выше, чем меньше термомеханическое взаимодействие таблеток с оболочкой.
Согласно заявкам N 1244632 от 19.09.60 (Франция), N 3148136 от 29.07.82 (ФРГ), N 3192621 от 06.07.65 (США), N 1185957 от 02.07.90 (ФРГ) и N 2754196 от 15.06.78 (ФРГ) конструкция таблеток направлена на увеличение их подвижности и прочности торцов, уменьшение тепловых деформаций, осевых усилий сдвига топливного столба внутри оболочки и нагрузки на оболочку твэлов.
Наиболее близкой заявляемому решению по технической сущности является заявка N 2754196. Согласно ей таблетка содержит центрально расположенное отверстие, наружные фаски у каждого торца, выступ конической формы с плоской кольцевой площадкой на одном торце, равной 0,01-0,2 высоты таблетки, плоскую площадку выступа с площадью, равной 0,0004-0,5 площади поперечного сечения таблетки, углубление конической формы на другом торце высотой меньше высоты выступа.
Такая конструкция не является оптимальной для формирования однородной структуры таблетки и ее околоторцевых частей в процессе прессования, сушки и спекания, приводит к неравномерной пористости таблетки и ее околоторцовых частей, уменьшению механической прочности торцов, к различным по объему таблетки тепловым деформациям ее формы.
Целью изобретения является повышение качества таблеток путем увеличения прочности торцов, равномерности структуры по объему, уменьшения тепловых деформаций таблеток за счет специфического распределения напряжений в таблетке и ее торцах вследствие создания на торце пуансона центрально расположенного выступа высотой больше суммарной высоты выступа и наружной фаски таблетки, а также воздушного амортизатора - объема воздуха в торцовой части материала таблетки, замкнутого формующей частью пуансона.
Цель достигается тем, что на таблетке для столба стержневого типа, спрессованной из порошка с различной формовочной прочностью и имеющей на торцах наружные фаски, конусные с плоскими площадками выступы и углубления, центрально расположенные отверстия и без него, на каждом торце конусные с плоскими площадками выступы выполнены высотой hB = (0,005-0,009) Н, где Н - высота таблетки, равная 0,25-2,0 диаметром таблетки, а конусные в виде полусфер или с плоскими площадками углубления выполнены высотой hy = (1,1-2,5) (hн.ф. + hВ), где hн.ф. - высота наружной фаски.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемая таблетка отличается от известной соотношением величин выступов и углублений с высотой и диаметром таблетки и с высотой наружной фаски.
Анализ известных технических решений (аналогов) позволяет сделать вывод, что предложенные отличительные признаки проявляют новые качества: повышаются прочность торцов таблеток и равномерность микроструктуры (распределение пор по объему таблеток), вследствие чего выравнивается теплопроводность различных зон таблеток, уменьшаются скалываемость таблеток и количество крошки в твэле, "доспекаемость" таблеток (изменение их размеров при повторной термической обработке), термические напряжения, тепловые деформации и стабилизируются их размеры в процессе работы в реакторе.
Вышеперечисленные новые качества таблеток в процессе эксплуатации твэлов позволяют уменьшить нагрузку на оболочку, усилие сдвига топливного столба внутри оболочки и растяжение оболочки и тем самым повысить эксплуатационную надежность и работоспособность твэлов в целом.
На фиг. 1 таблетка выполнена в виде цилиндра 1 с центрально расположенным отверстием 2, на торцах которого выполнены конусные выступы 3, конусные углубления 4 с плоскими площадками и фаски 5.
На фиг. 2 таблетка выполнена в виде цилиндра 1, на торцах которого выполнены конусные выступы 2, конусные с плоскими площадками углубления 3 и фаски 4.
На фиг. 3 таблетка выполнена в виде цилиндра 1 с центрально расположенным отверстием 2, на торцах которого выполнены конусные выступы 3, конусные, в нижней части в виде полусфер, углубления 4 и фаски 5.
На фиг. 4 таблетка выполнена в виде цилиндра 1, на торцах которого выполнены конусные выступы 2, конусные, в нижней части в виде полусфер, углубления 3 и фаски 4.
На фиг. 5 представлены результаты исследований скалываемости таблеток.
Изготовление таблеток осуществляется способом керамической технологии из порошка делящегося ядерного материала по единой технологической схеме с применением для формования таблеток роторных прессов с пуансонами, торцы которых выполнены согласно изобретению и прототипу. Необходимые размеры торцов таблеток и пуансонов определены опытным путем в зависимости от соотношения величин выступов и углублений с высотой и диаметром таблеток и с высотой наружной фаски.
Как известно, в процессе прессования в пресс-форму вместе с порошком поступает ≈ 70% объема воздуха, из которого лишь половина вытесняется в момент прессования, а вторая половина остается в порах спрессованной таблетки. При этом равномерность и направление вытеснения воздуха оказывает влияние на такие свойства таблеток, как равномерность распределения пор по объему таблеток, отслоение торцов в момент прессования, спекания и шлифования, неравномерная усадка (включая и распухание) таблеток при их спекании и повторной термической обработке - "доспекании", имитирующем поведение таблеток в процессе их работы в реакторе, уровень термических напряжений, характер тепловых деформаций и взаимодействия с оболочкой в процессе работы в реакторе.
В предложенной конструкции замкнутый в торце воздух в момент прессования приобретает свойства характерного пневмоамортизатора и способствует формированию пор более правильной формы, равномерно расположенных по объему таблеток, за счет противодавления и более равномерного распределения воздуха от торца к средней части таблеток. Конусообразная кольцевая форма торцов способствует в конце процесса формования оттеснению и равномерному замыканию остатков воздуха в глубинных слоях таблеток. Кроме того, предложенная форма торцовой части пуансонов способствует реализации в таблетке специфического равномерного распределения напряжений, повышающего механические свойства таблеток (прочность, скалываемость и др. ).
По результатам испытаний наивысшее качество таблеток было достигнуто при их следующих размерах (после спекания): высота Н = 12-18 мм; диаметр D = 7,63-12,1 мм; высота фаски hн.ф. = 0,3-0,4 мм; высота конического выступа hВ = 0,1-0,15 мм; высота углубления hу = 0,7-1,5 мм; диаметр внутреннего отверстия d = 1,8-2,2 мм. Данные размеры таблеток следует считать оптимальными.
В спеченных таблетках заявленной формы наивысшая пористость не превышает 4% и равномерно, в отличие от прототипа, распределена по объему таблеток. Кроме того, в процессе изготовления опытных партий таблеток предложенной формы и после их извлечения из оболочек при расснаряжении бракованных таблеток обнаружено не было.
При значениях геометрических параметров выступов и впадин таблеток, как больших, так и меньших оптимальных, качество таблеток снижается.
Таким образом, по сравнению с используемыми в настоящее время конструкциями предложенная конструкция позволяет увеличить выход годных на операциях прессования, спекания, шлифования, извлечения годных таблеток из бракованных твэлов и тем самым сократить расходы на стадии производства таблеток и твэлов. (56) Заявка ФРГ N 3148136, кл. G 21 C 3/58, 1982.
Заявка Великобритании N 1287250, кл. G 21 C 3/16, 1969.
Заявка ФРГ N 2754196, кл. G 21 C 3/16, 1978.
Claims (1)
- ТВЭЛ СТЕРЖНЕВОГО ТИПА ядерного реактора с цилиндрической трубчатой оболочкой, содержащий керамические топливные таблетки с наружными фасками и конусными с плоскими площадками выступами, имеющими углубления, с центрально расположенными отверстиями или без них, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем улучшения качества таблеток за счет увеличения прочности их торцов, а также уменьшения термических деформаций таблеток и их термомеханического взаимодействия с оболочкой, конусные с плоскими площадками выступы выполнены высотой hв = (0,005 - 0,009)H, где H - высота таблетки, равная 0,25 - 2,0 ее диаметра, а конусные в виде полусфер или с плоскими площадками углубления выполнены высотой hу = (1,1 - 2,5) (hн.ф. + hв), где hн.ф - высота наружной фаски.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894709971A RU1669308C (ru) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Твэл стержневого типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894709971A RU1669308C (ru) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Твэл стержневого типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1669308C true RU1669308C (ru) | 1994-04-30 |
Family
ID=30441386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894709971A RU1669308C (ru) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Твэл стержневого типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1669308C (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102217003A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-10-12 | 阿海珐核能公司 | 核反应堆生燃料芯块和烧结燃料芯块、相应的燃料棒和燃料组件 |
RU2741782C1 (ru) * | 2020-04-27 | 2021-01-28 | Акционерное Общество "Твэл" | Таблетка ядерного топлива |
RU206228U1 (ru) * | 2021-05-04 | 2021-09-01 | Российская Федерация, в лице которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Таблетка СНУП топлива |
-
1989
- 1989-06-26 RU SU894709971A patent/RU1669308C/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102217003A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-10-12 | 阿海珐核能公司 | 核反应堆生燃料芯块和烧结燃料芯块、相应的燃料棒和燃料组件 |
RU2741782C1 (ru) * | 2020-04-27 | 2021-01-28 | Акционерное Общество "Твэл" | Таблетка ядерного топлива |
WO2021221533A1 (ru) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | Акционерное Общество "Твэл" | Таблетка ядерного топлива |
RU206228U1 (ru) * | 2021-05-04 | 2021-09-01 | Российская Федерация, в лице которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Таблетка СНУП топлива |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3499066A (en) | Method for manufacturing isostatically pressed articles having openings or inserts therein | |
KR910009192B1 (ko) | 가연성 중성자 흡수체의 제조방법 | |
JPS56141842A (en) | Catalyst formed in novel cylindrical shape | |
EP0087927B1 (en) | Method of making annular pellets for use as burnable neutron absorbers | |
RU1669308C (ru) | Твэл стержневого типа | |
US20110049734A1 (en) | Method for Preparing Sintered Annular Nuclear Fuel Pellet | |
RU2490230C2 (ru) | Способ порошковой металлургии для изготовления огнеупорного керамического материала | |
US3949027A (en) | Manufacturing process for improved nuclear fuel tablets | |
US3912798A (en) | Process for production of fuel bodies, fuel elements and absorber elements for high temperature reactors | |
US5916497A (en) | Manufacturing of ceramic articles | |
US3801451A (en) | Ceramic nuclear fuel or breeder material tablets and method of producing the same | |
US4016226A (en) | Method of making porous nuclear fuel | |
US4022663A (en) | Spherical fuel elements made of graphite for high temperature reactors | |
US8557148B2 (en) | Method for fabricating sintered annular nuclear fuel pellet through rod-inserted sintering | |
US4175002A (en) | Nuclear fuel pellet with oppositely bottomed holes | |
US3415911A (en) | Fuel element fabrication | |
US4092384A (en) | Block fuel element for gas-cooled high temperature reactors | |
JPH11202073A (ja) | 核燃料ペレットの製造方法 | |
US8599993B2 (en) | Fuel compact | |
DE2234587C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von prismatischen Graphitformkörpern für Hochtemperatur-Brennelemente | |
US4028446A (en) | Method and device for the fabrication of nuclear fuel compacts | |
US9409825B2 (en) | Granulation of fine powder | |
CN107098367B (zh) | 一种用于阻尼减振降噪的氧化铝空心球的制备方法 | |
DE3538783A1 (de) | Verfahren zur herstellung poroeser keramischer formkoerper und hierfuer verwendeter pressling | |
KR960012510B1 (ko) | 세라믹 허니콤 구조체의 제조방법 |