RU2189644C2

RU2189644C2 - Nuclear reactor fuel assembly

Info

Publication number: RU2189644C2
Application number: RU2000110101/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Рожков; И.Г. Чапаев; В.И. Батуев; Н.А. Бычихин; А.В. Чиннов; М.Г. Зарубин; А.А. Енин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: nuclear reactors. SUBSTANCE: fuel assembly has fuel element bundle 1 installed in hexahedral frame of spacer grids 2 on tubular channels 3 held in position together with fuel elements 1 by means of bottom plugs in bottom grid 4. Fuel assembly has also bottom nozzle 5 joined to bottom grid 4 by means of adapters 6 secured at its corners, top nozzle 7, and members fastening fuel elements in spacer-grid cells made in them in the form of internal projections. Each spacer grid 2 of frame is provided with second spacer grid mounted for displacement relative to the latter. Internal projections in cells of second spacer grids are disposed in opposition in their upper parts. Rim is provided for coaxial fixation of spacer grids. EFFECT: enhanced quality, extended service life, and reduced manufacturing cost of fuel assembly. 4 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерных реакторов. The invention relates to nuclear energy and may find application in enterprises manufacturing fuel assemblies (FA) for nuclear reactors.

Известна ТВС ядерного реактора ВВЭР-440, включающая пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на центральном трубчатом канале, закрепленном вместе с ТВЭЛами нижним концом в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, чехол в виде охватывающей весь пучок ТВЭЛов шестигранной трубы, присоединенной одним концом к хвостовику, головку, закрепленную на другом конце чехла, и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. Учебник для ВУЗов. 2-е изд. перераб. и доп., М., Энергоатомиздат, 1990 г., с. 31-35). Known fuel assemblies of a VVER-440 nuclear reactor, including a bundle of fuel elements (fuel elements) installed in a frame of hexagonal spacer grids mounted on a central tubular channel mounted together with fuel rods with a lower end in the lower grid, a shank connected to the lower grid using adapters fixed in the corners of this lattice, a cover in the form of a hexagonal tube covering the entire bundle of fuel rods connected at one end to a shank, a head fixed to the other end of the cover, and elements providing which fix the fixation of fuel rods in the cells of spacing grids (see Dementiev B.A. Nuclear power reactors. Textbook for universities. 2nd ed. revised and enlarged, M., Energoatomizdat, 1990, pp. 31-35).

Известна также ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000, включающая пучок ТВЭЛов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, (см. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. М., Энергоатомиздат, 1990 г. , с.44, рис.2.13). Also known is the fuel assembly of the VVER-1000 nuclear reactor, which includes a bunch of fuel rods installed in a frame of hexagonal spacer grids mounted on tubular channels, fixed together with fuel rods with lower plugs in the lower grill, a shank connected to the lower grill with adapters fixed in the corners this lattice, the head and the elements ensuring the fixation of the fuel rods in the cells of the spacer grids (see B. Dementiev, Nuclear Power Reactors. M., Energoatomizdat, 1990, p. 44, Fig. 2.13).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является тепловыделяющая сборка ядерного реактора ВВЭР-1000, включающая пучок ТВЭЛов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, закрепленных вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 1. Под ред. Ф.Г. Решетникова, М., Энергоатомиздат, 1995 г., стр.186-187, рис.7.1.). The closest in technical essence and the achieved effect is the fuel assembly of the VVER-1000 nuclear reactor, including a bunch of fuel rods installed in a frame of hexagonal spacer grids mounted on tubular channels, fixed together with the fuel rods with lower plugs in the lower grill, a shank connected to the lower by means of adapters fixed in the corners of this lattice, a head and elements ensuring the fixation of fuel rods in the cells of the spacer grids in the form of internal protrusions in cells (see Development, production and operation of fuel elements of power reactors. Book 1. Edited by F. G. Reshetnikov, M., Energoatomizdat, 1995, pp. 186-187, Fig. 7.1.).

В ТВС - прототипе и в ТВС - аналогах элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток, выполнены в виде внутренних выступов в каждой ячейке, прочно с натягом, фиксирующие пропущенные сквозь ячейки ТВЭЛы. Это предупреждает радиальные перемещения ТВЭЛов в ячейках, которые могут быть возбуждены вибрацией конструкции под действием турбулентного потока теплоносителя. Таким путем исключается возникновение феттинг-коррозии в местах касания оболочек ТВЭЛов с металлом ячеек (см. там же, стр. 187). In a fuel assembly - prototype and in fuel assemblies - analogues, the elements providing the fixation of fuel rods in the cells of the spacer grids are made in the form of internal protrusions in each cell, firmly with interference, fixing the fuel rods passed through the cells. This prevents radial movements of the fuel elements in the cells, which can be excited by vibration of the structure under the influence of a turbulent coolant flow. In this way, the occurrence of fetting corrosion at the points of contact of the cladding of the fuel elements with the metal cells is eliminated (see ibid., P. 187).

Однако при сборе ТВЭЛов в ТВС, например для ядерного реактора ВВЭР-1000, стержневые ТВЭЛы необходимо пропустить через ячейки пятнадцати дистанционирующих решеток (см. там же, стр. 184, 185, п.7.2), ячейки которых снабжены внутренними выступами, прочно с натягом фиксирующие пропущенные через них ТВЭЛы (см. там же стр. 187). However, when assembling fuel elements in fuel assemblies, for example, for a VVER-1000 nuclear reactor, rod fuel elements must be passed through the cells of fifteen spacing grids (see ibid., P. 184, 185, p. 7.2), the cells of which are equipped with internal protrusions, tightly tightened fixing TVELs passed through them (see ibid. p. 187).

Известно, что в качестве материала, применяемого для оболочек ТВЭЛов, используют сплав циркония с 1% ниобия (см. там же, стр.127, п.6.2), который отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды, (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. Издательство иностранной литературы. М., 1959 г., стр. 298). В связи с этим для предотвращения повреждения оболочки ТВЭЛа при сборке ТВЭЛов в ТВС перед сборкой на поверхность ТВЭЛов наносится защитное покрытие - водорастворимый поливиниловый спирт, который, высыхая, образует защитное пленочное покрытие (см. патент Российской федерации 2127002 от 10.07.96, опубл. 27.02.99 г.). Кроме этого для защиты поверхности ТВЭЛов от задиров в процессе сборки ТВЭЛ в ТВС на поверхность ТВЭЛа наносят жидкую смазку, устанавливают наконечник с диаметром большим, чем диаметр ТВЭЛа, наконечником вперед запрессовывают ТВЭЛ (см. патент Российской Федерации 2140674 от 03.03.98 г.). It is known that as the material used for the cladding of fuel elements, a zirconium alloy with 1% niobium is used (see ibid., P. 127, p. 6.2), which is characterized by a tendency to corrosive corrosion resulting from the abrasion of metal between contacting surfaces even in the absence of a corrosive environment, (see Metallurgy of zirconium. Translation from English. Publishing house of foreign literature. M., 1959, p. 298). In this regard, to prevent damage to the fuel cladding during assembly of fuel rods in fuel assemblies before assembly, a protective coating is applied to the surface of the fuel rods — water-soluble polyvinyl alcohol, which, when dried, forms a protective film coating (see Russian Federation Patent 2127002 dated July 10, 1996, publ. 27.02 .99 g.). In addition, to protect the surface of fuel rods against scuffing during the assembly of fuel rods in fuel assemblies, liquid lubricant is applied to the surface of the fuel rods, a tip with a diameter larger than the diameter of the fuel rods is installed, the fuel rods are pressed forward with the tip (see patent of the Russian Federation 2140674 dated 03.03.98).

Такая предварительная подготовка поверхности ТВЭЛа перед запрессовкой в ячейки дистанционирующих решеток увеличивает себестоимость изготовления ТВС. Однако защита лаком (поливиниловым спиртом), смазкой и использование съемных наконечников для ослабления трения внутренних выступов ячеек о поверхность ТВЭЛа не исключает образования царапин, задиров на поверхности ТВЭЛа, что снижает качество сборки ТВС и не дает возможности повышения срока службы в ядерном реакторе, так как наконечник ячейки дистанционирующих решеток только в первый момент раздвигает выступы ячеек, а затем выступы либо смыкаются, образуя царапины на поверхности ТВЭЛа, либо не смыкаются. Во втором случае, когда выступы после прохождения через них наконечника не смыкаются, это приводит к ослаблению фиксации ТВЭЛа в ячейке, возможному радиальному смещению ТВЭЛа под воздействием потока теплоносителя и к феттинг-коррозии в местах касания оболочек ТВЭЛов с металлом ячеек (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛ энергетических реакторов. Книга 1, стр.187). Such preliminary preparation of the fuel rod surface before pressing into the cells of the spacer grids increases the cost of manufacturing fuel assemblies. However, protection with varnish (polyvinyl alcohol), lubrication, and the use of removable tips to reduce the friction of the internal protrusions of the cells on the surface of the fuel element does not exclude the formation of scratches, scoring on the surface of the fuel element, which reduces the assembly quality of the fuel assembly and does not allow increasing the service life in a nuclear reactor, since the tip of the cell of the spacer grids only at the first moment extends the protrusions of the cells, and then the protrusions either close together, forming scratches on the surface of the fuel rod, or do not close. In the second case, when the protrusions do not close after the tip passes through them, this leads to a weakening of the fuel rod fixation in the cell, a possible radial displacement of the fuel rod under the influence of the coolant flow, and fettling corrosion at the points of contact between the shells of the fuel elements and the metal of the cells (see Development, production and operation of fuel elements of power reactors (Book 1, p. 187).

Технической задачей изобретения является повышение качества сборки ТВС и повышение срока службы ТВС в ядерном реакторе за счет исключения повреждений поверхности ТВЭЛов при их сборке в ТВС и снижение себестоимости изготовления. An object of the invention is to improve the assembly quality of fuel assemblies and increase the service life of fuel assemblies in a nuclear reactor by eliminating surface damage of fuel rods during their assembly in fuel assemblies and reducing manufacturing costs.

Эта техническая задача решается тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, включающей пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных и закрепленных на трубчатых каналах вместе с ТВЭЛами нижними заглушками в нижней решетке, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках; согласно изобретению каждая дистанционирующая решетка каркаса снабжена, по крайней мере, второй дистанционирующей решеткой, установленной при изготовлении тепловыделяющей сборки с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках, выполнены в нижней части ячеек дистанционирующих решеток каркаса, а внутренние выступы в ячейках вторых дистанционирующих решеток - взаимно противоположно в верхних частях ячеек, причем после сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющую сборку в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток образован узел фиксации тепловыделяющих элементов в совмещенных ячейках обеих дистанционирующих решеток внутренними выступами. This technical problem is solved in that in the fuel assembly of a nuclear reactor, including a bunch of fuel elements installed in a frame of spacing lattices of hexagonal shape, mounted and fixed on tubular channels together with fuel rods with lower plugs in the lower lattice, a shank connected to the lower lattice by adapters fixed in the corners of this lattice, a head and elements ensuring the fixation of fuel elements in the cells of the spacer grids in the form of internal protrusions in the cells; according to the invention, each spacer grid of the frame is provided with at least a second spacer grid installed in the manufacture of the fuel assembly with the possibility of its displacement relative to the spacer grid of the frame, the elements providing fixation of the fuel elements in the cells of the spacer grids in the form of internal protrusions in the cells are made in the lower parts of the cells of the spacing grids of the frame, and the inner protrusions in the cells of the second spacing grids are mutually opposed bying in the upper parts of cells, wherein after assembly of fuel elements in the fuel assembly in the closed position the two spacer grids formed fixation assembly of fuel elements in both cells aligned spacer grids internal protrusions.

Другим отличием является то, что суммарная ширина дистанционирующих решеток не превышает заданной ширины дистанционирующей решетки. Another difference is that the total width of the spacer grids does not exceed the specified width of the spacer grids.

Выполнение элементов фиксации ТВЭЛов в нижней части ячеек дистанционирующей решетки каркаса и других элементов фиксации ТВЭЛов в верхней части ячеек второй дистанционирующей решетки, установленной с возможностью смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, позволит собрать ТВС укладкой, размещением ТВЭЛов в ячейках обеих решеток без какого-либо существенного трения о стенки обеих решеток, без царапин, задиров, что повысит качество сборки ТВС, срок ее службы в ядерном реакторе и снизит себестоимость изготовления за счет исключения подготовки поверхности ТВЭЛ к сборке ТВС, а в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток, закрепления их в ободе с соосным расположением ячеек обеих решеток будет образован надежный узел фиксации ТВЭЛ в совмещенных ячейках обеих решеток, исключающий радиальное смещение ТВЭЛ в ячейках при работе ТВС в ядерном реакторе и феттинг-коррозию. The implementation of the elements of the fixation of the fuel rods in the lower part of the cells of the spacer grid of the frame and other elements of the fixation of the fuel rods in the upper part of the cells of the second spacing grid installed with the possibility of displacement relative to the spacing grid of the frame will allow assembling fuel assemblies by laying, placing the fuel rods in the cells of both grids without any significant friction on the walls of both gratings, without scratches, scoring, which will increase the assembly quality of the fuel assemblies, its service life in a nuclear reactor and reduce the cost of manufacturing due to and By shutting down the preparation of the fuel element surface for assembling fuel assemblies, and in the closed state of both spacer grids, fixing them in a rim with the coaxial arrangement of the cells of both grids, a reliable unit for fixing the fuel rods in the combined cells of both grids will be formed, eliminating the radial displacement of the fuel rods in the cells during operation of the fuel assembly in a nuclear reactor and fetting corrosion.

На чертежах представлена тепловыделяющая сборка ядерного реактора; где
На фиг.1 представлена тепловыделяющая сборка;
На фиг.2 - каркас;
На фиг. 3 - фрагмент ячеек дистанционирующих решеток до и после сборки ТВС;
На фиг.4 - узел фиксации ТВЭЛ.The drawings show a fuel assembly of a nuclear reactor; Where
Figure 1 presents the fuel assembly;
Figure 2 - frame;
In FIG. 3 - a fragment of the cells of the spacer grids before and after assembly of the fuel assemblies;
Figure 4 - node fixation of the fuel rod.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает пучок тепловыделяющих элементов 1, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток 2 шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах 3, закрепленных вместе с ТВЭЛами 1 нижними заглушками в нижней решетке 4, хвостовик 5, соединенный с нижней решеткой 4 с помощью переходников 6, закрепленных в углах этой решетки 4, головку 7 и элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов 1 в ячейках 8 в виде внутренних выступов 9 в ячейках 8. Каждая дистанционирующая решетка 2 каркаса снабжена второй дистанционирующей решеткой 10 и установлена с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки 2 каркаса. Элементы, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов 1 в ячейках 8, размещены в нижней части ячеек 8 дистанционирующих решеток 2 каркаса. Внутренние выступы 11 в ячейках 12 вторых дистанционирующих решеток 10 размещены взаимно противоположно в верхних частях ячеек 12. Для соосной совместной фиксации дистанционирующих решеток предназначен обод 13. The fuel assembly of a nuclear reactor includes a bunch of fuel elements 1 mounted in a frame of spacer grids 2 of hexagon shape mounted on tubular channels 3, fixed together with fuel rods 1 with lower plugs in the lower grid 4, a shank 5 connected to the lower grid 4 using adapters 6 fixed in the corners of this grill 4, the head 7 and the elements that secure the fuel rods 1 in the cells 8 in the form of internal protrusions 9 in the cells 8. Each spacer grid 2 of the frame is provided with a second dist ntsioniruyuschey grille 10 and is mounted for movement relative to its spacing grid 2 frame. Elements that ensure the fixation of the fuel rods 1 in cells 8 are located in the lower part of the cells 8 of the spacer grids 2 of the frame. The inner protrusions 11 in the cells 12 of the second spacer grids 10 are placed mutually opposite in the upper parts of the cells 12. For coaxial joint fixation of the spacer grids is the rim 13.

ТВС собирают следующим образом. Каркас, содержащий трубчатые каналы 3, закрепленные в нижней решетке 4 и закрепленные на трубчатых каналах 3 дистаиционирующие решетки 2 вместе с дистанционирующими решетками 10, установленными с возможностью смешения вверх, закрепляют временно на опорную поверхность. На внутренние выступы 9 ячеек 8 размещают ТВЭЛы 1 так, что они одновременно при сборке проходят через ячейки 12 дистанционирующей решетки 10 и закрепляются в нижней решетке 4. Ячейки 8, 12 дистанционирующих решеток 2, 10 совмещают по периметру ободом 13 и закрепляют. Образованный при совмещении дистанционирующих решеток 2, 10 узел фиксации в каждых совмещенных ячейках 8, 12 надежно, с натягом фиксирует внутренними выступами 9 в одной ячейке 8 и внутренними выступами 11 в другой ячейке 12 тепловыделяющий элемент 1. На собранную ТВС закрепляют хвостовик 5 и головку 7. FAs are collected as follows. The frame containing tubular channels 3, fixed in the lower lattice 4 and fixed to the tubular channels 3, the distillation grids 2 together with the distance grilles 10, mounted with the possibility of mixing up, is temporarily fixed on the supporting surface. The fuel elements 1 are placed on the inner protrusions 9 of the cells 8 so that during assembly they pass through the cells 12 of the spacer grid 10 and are fixed in the lower grill 4. Cells 8, 12 of the spacer grids 2, 10 are aligned around the perimeter by the rim 13 and fixed. The fixing unit formed by combining the spacer grids 2, 10 in each aligned cells 8, 12 securely and tightly fixes the fuel element 1 with the internal protrusions 9 in one cell 8 and the internal protrusions 11 in the other cell 12. The shank 5 and the head 7 are fixed to the assembled fuel assembly .

Claims

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая пучок тепловыделяющих элементов, установленных в каркасе из дистанционирующих решеток шестигранной формы, смонтированных на трубчатых каналах, хвостовик, соединенный с нижней решеткой с помощью переходников, закрепленных в углах этой решетки, головку и элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток, в виде внутренних выступов в ячейках, отличающаяся тем, что каждая дистанционирующая решетка каркаса снабжена, по крайней мере, второй дистанционирующей решеткой, установленной при изготовлении тепловыделяющей сборки с возможностью ее смещения относительно дистанционирующей решетки каркаса, элементы, обеспечивающие фиксацию тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток в виде внутренних выступов в ячейках, выполнены в нижней части ячеек дистанционирующих решеток каркаса, а внутренние выступы в ячейках вторых дистанционирующих решеток - взаимно противоположно в верхних частях ячеек, причем после сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющую сборку в сомкнутом состоянии обеих дистанционирующих решеток образован узел фиксации тепловыделяющих элементов в совмещенных ячейках обеих дистанционирующих решеток внутренними выступами. A fuel assembly of a nuclear reactor, including a bundle of fuel elements installed in a frame of hexagonal spacer grids mounted on tubular channels, a shank connected to the lower grid using adapters mounted in the corners of this grid, a head and elements that fix the fuel elements in the cells spacer grids, in the form of internal protrusions in the cells, characterized in that each spacer frame spacer is provided with at least a second spacer grid installed in the manufacture of the fuel assembly with the possibility of its displacement relative to the spacer grid of the frame, the elements that ensure the fixation of the fuel elements in the cells of the spacer grids in the form of internal protrusions in the cells are made in the lower part of the cells of the spacer grids of the frame, and the inner protrusions in the cells of the second spacer gratings are mutually opposite in the upper parts of the cells, moreover, after the assembly of the fuel elements in the fuel assembly in the closed position of the two spacer grids formed by fixing the assembly of fuel elements in the cells of both combined spacer grids internal projections.