RU2204868C2 - Spacer grid of nuclear-reactor fuel assembly - Google Patents

Abstract

FIELD: nuclear power engineering; spacer grids for power reactors. SUBSTANCE: spacer grid has cells 1 to receive fuel elements 3 arranged at constant pitch in hexagonal scheme. Each cell is made in the form of hexahedron with three fuel-element supports 2. Supports are spaced 120 deg. apart and are formed by stamping facets of this hexahedron. In the process cells are joined together over six mating facets at resistance welding points. Each support is tilted over entire height of cell facet through certain angle to its axis to form outer channel 4. Cells are mounted in spacer grid so that each facet with channel of one cell corresponds to flat facet of adjacent cell grid. EFFECT: enhanced reliability of fuel element fixation in working fuel assembly without causing frictional wear; improved mixing of coolant flow between adjacent cells due to closed channel. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к дистанционирующим решеткам тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов. The invention relates to nuclear energy, in particular to spacer grids of fuel assemblies of nuclear power reactors.

Известна конструкция дистанционирующей решетки, разработанная для тепловыделяющей сборки ядерного реактора ВВЭР-1000, состоящая из сваренных между собой ячеек, расположенных по гексагональной схеме и имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэла, расположенными через 120^o друг от друга, образованными штамповкой пуклевок на гранях этого шестигранника, внутрь ячейки(см. патент RU 2138861, М.кл. G 21 С 3/34, 27.09.99 г.).The known design of the spacer grid, designed for the fuel assembly of the VVER-1000 nuclear reactor, consisting of cells welded together, located in a hexagonal pattern and having a hexagonal shape with three supports for the fuel rod, located 120 ^o from each other, formed by stamping of bellows on the edges of this hexagon, inside the cell (see patent RU 2138861, M.cl. G 21 C 3/34, 09/27/1999).

В дистанционирующей решетке не предусмотрены специальные конструктивные решения, направленные на дополнительную турбулизацию потока теплоносителя и его перемешивание. The spacer grid does not provide special design solutions aimed at additional turbulization of the coolant flow and its mixing.

Известны конструкции дистанционирующих решеток с постоянным шагом расположения твэлов для тепловыделяющих сборок с "мягкими" пружинными элементами, состоящие из ячеек круглой формы (см., например, патент WO 9624141 А1, М. кл. G 21 С 3/344, 08.08.96); ячеек, образованных перекрещивающимися пластинами с расположением в них твэлов в углах гексагональной сетки (см., например, патент US 5367549 А, М.кл. G 21 С 3/352, 22.11.94). Known designs of spacer grids with a constant pitch of fuel rods for fuel assemblies with "soft" spring elements, consisting of round cells (see, for example, patent WO 9624141 A1, M. class G 21 C 3/344, 08.08.96) ; cells formed by intersecting plates with the arrangement of fuel rods in them at the corners of the hexagonal grid (see, for example, US Pat. No. 5,367,549 A, M.cl. G 21 C 3/352, 11/22/94).

Каждый твэл поджимается к жестким опорам пружинным пластинчатым элементом из пружинящей стали, представляющим собой изогнутую двухстороннюю петлю, закрепленную на стенке ячейки. Применение в активной зоне дополнительных деталей увеличивает гидравлическое сопротивление тепловыделяющих сборок, дополнительно турбулизирует поток теплоносителя, однако увеличивает паразитный захват нейтронов, усложняет конструкцию и технологию изготовления решетки. Each fuel rod is pressed against the rigid supports by a spring plate element made of spring steel, which is a curved double-sided loop fixed to the cell wall. The use of additional parts in the active zone increases the hydraulic resistance of the fuel assemblies, additionally turbulizes the coolant flow, but increases the spurious capture of neutrons, complicates the design and manufacturing technology of the grating.

Известна также топливная сборка с дистанционирующей решеткой, содержащая несколько фиксирующих ячеек, между ячейками образуются вторичные каналы, которые имеют два отклоняющих элемента, разнесенных по высоте, которые направляют поток теплоносителя к стержням (см., например, патент WO 9619811 А1, М. кл. G 21 С 3/322, 27.06.96). A fuel assembly with a spacer grid is also known, containing several locking cells, secondary channels are formed between the cells, which have two deflecting elements spaced in height that direct the heat carrier flow to the rods (see, for example, patent WO 9619811 A1, M. cl. G 21 C 3/322, 06/27/96).

Прототипом данного изобретения является дистанционирующая решетка, разработанная для тепловыделяющей сборки ядерного реактора ВВЭР-1000 (см. патент RU 2138861, М.кл. G 21 С 3/34, 27.09.99 г.), поскольку предлагаемое решение имеет с прототипом наибольшее число сходных существенных признаков. The prototype of this invention is a spacer grid designed for the fuel assembly of a VVER-1000 nuclear reactor (see patent RU 2138861, Mcl G 21 C 3/34, 09/27/99), since the proposed solution has the greatest number of similarities with the prototype significant features.

Задачей изобретения является создание конструкции дистанционирующей решетки, предназначенной для удержания пучка твэлов, расположенных с заданным шагом по гексагональной схеме в тепловыделяющей сборке, которая обеспечивала бы фиксацию твэлов в процессе работы тепловыделяющей сборки в реакторе, не вызывая фрикционного износа, улучшила бы теплосъем с оболочек твэлов и более эффективно перемешивала бы теплоноситель между смежными ячейками, допускала бы как положительные, так и отрицательные деформации диаметров оболочек твэлов в течение работы тепловыделяющей сборки, обладала бы сравнимым гидравлическим сопротивлением с дистанционирующей решеткой прототипом. The objective of the invention is to create a spacer grid design designed to hold a beam of fuel rods located at a given pitch in a hexagonal pattern in the fuel assembly, which would fix the fuel rods during operation of the fuel assembly in the reactor without causing frictional wear, improve heat transfer from the fuel cladding and more efficiently mix the coolant between adjacent cells, allow both positive and negative deformations of the cladding diameters of fuel rods The operation of the fuel assembly would have comparable hydraulic resistance with the spacer grid of the prototype.

Решение задачи обеспечивается тем, что в известной конструкции дистанционирующей решетки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащей ячейки для размещения твэла с постоянным шагом в гексагональной схеме, при этом каждая ячейка выполнена в форме шестигранника с тремя опорами для твэла, расположенными через 120^o друг от друга и образованными штамповкой граней этого шестигранника, при этом по шести сопрягаемым граням ячейки соединены друг с другом точками контактной сварки, каждая опора образована стенкой канала, выполненного по всей высоте грани ячейки под углом к оси ячейки, снаружи ее, причем ячейки в решетке установлены так, что каждой грани с каналом одной ячейки соответствует плоская грань смежной ячейки.The solution is provided by the fact that in the known design of the spacer grid of a fuel assembly of a nuclear reactor containing cells for placing a fuel element with a constant pitch in the hexagonal circuit, each cell is made in the form of a hexagon with three supports for the fuel element located 120 ^o from each other and formed by stamping the faces of this hexagon, while the six mating faces of the cell are connected to each other by contact welding points, each support is formed by the wall of the channel made along the entire height of the cell face at an angle to the cell axis, outside of it, and the cells in the lattice are mounted so that each face with the channel of one cell corresponds to a flat face of an adjacent cell.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид дистанционирующей решетки; на фиг.2 - ячейка решетки. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the spacer grid; figure 2 - cell lattice.

Дистанционирующая решетка содержит ячейки 1, расположенные по гексагональной схеме. Каждая ячейка 1 соштампована из трубы в форму шестигранного профиля с тремя опорами 2, расположенными через 120^o друг от друга, для фиксирования твэл 3. Опоры 2 одновременно служат стенками каналов 4, выполненных по всей высоте граней ячейки 1 под углом α к оси ячейки, снаружи ее. Ячейки 1 в решетке установлены так, что каждой грани с каналом 4 одной ячейки соответствует плоская грань смежной ячейки. По шести сопрягаемым граням ячейки 1 соединены друг с другом точками контактной сварки. Опоры 2, кроме поддержания твэла в определенном положении с заданным шагом, одновременно служат для дополнительной турбулизации и перемешивания потока теплоносителя (см. фиг.2).The spacer grid contains cells 1 arranged in a hexagonal pattern. Each cell 1 is stamped from the pipe in the form of a hexagonal profile with three supports 2 located 120 ^o from each other to fix the fuel rod 3. The supports 2 simultaneously serve as the walls of channels 4 made along the entire height of the faces of the cell 1 at an angle α to the cell axis, outside of her. Cells 1 in the lattice are installed so that each face with a channel 4 of one cell corresponds to a flat face of an adjacent cell. On six mating faces of the cell 1 are connected to each other by resistance welding points. Supports 2, in addition to maintaining the fuel rod in a certain position with a given step, simultaneously serve for additional turbulization and mixing of the coolant flow (see figure 2).

Форма опоры для твэла подобрана с учетом обеспечения надежной фиксации твэлов и обеспечения дистанционирования изменений диаметра оболочки твэла в процессе кампании. Благодаря наклонному положению опор твэла относительно оси ячейки происходит турбулизация потока и перемешивание теплоносителя по сечению тепловыделяющей сборки, что улучшает теплосъем с твэлов и обеспечивает увеличение удельной теплонапряженности активной зоны без кризиса теплосъема, а следовательно, и мощности реакторной установки. The shape of the support for the fuel rod is selected taking into account the reliable fixation of the fuel rods and to ensure the spacing of changes in the diameter of the cladding of the fuel rod during the campaign. Due to the inclined position of the fuel rod supports relative to the cell axis, the flow is turbulized and the coolant is mixed over the cross section of the fuel assembly, which improves the heat transfer from the fuel rods and provides an increase in the specific heat density of the core without a heat removal crisis and, consequently, the power of the reactor installation.

Используя предлагаемую конструкцию дистанционирующей решетки открывается возможность увеличить мощность реакторных установок типа ВВЭР-1000. Using the proposed design of the spacer grid, it is possible to increase the power of VVER-1000 reactor plants.

Claims (1)

Дистанционирующая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора, содержащая ячейки для размещения твэлов с постоянным шагом в гексагональной схеме, при этом каждая ячейка выполнена в форме шестигранника с тремя опорами для твэла, расположенными через 120^o друг от друга и образованными штамповкой граней этого шестигранника, при этом по шести сопрягаемым граням ячейки соединены друг с другом точками контактной сварки, отличающаяся тем, что каждая опора выполнена по всей высоте грани ячейки под углом к ее оси, образуя снаружи канал, причем ячейки в решетке установлены так, что каждой грани с каналом одной ячейки соответствует плоская грань смежной ячейки.A spacer grid of a fuel assembly of a nuclear reactor containing cells for placing fuel elements with a constant pitch in a hexagonal circuit, each cell being made in the form of a hexagon with three supports for the fuel element located 120 ^o from each other and formed by stamping the faces of this hexagon, six mating cell faces are connected to each other by contact welding points, characterized in that each support is made along the entire height of the cell face at an angle to its axis, forming a channel from the outside, The cells in the lattice are installed so that each face with the channel of one cell corresponds to a flat face of an adjacent cell.

Images