Фильтр для тепловыделяющей сборки ядерного реактора

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.)

Из уровня техники известна конструкция ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000 (см. Кириллов П.Л. и др. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990., рис. П.8.1, П.8.3 и П.8.5, с. 317-319), рабочая кассета (РК) которой состоит из пучка твэлов, закрепленного в несущей решетке (HP), головки для обеспечения загрузки-выгрузки и хвостовика.

Из уровня техники известна HP ТВС типа ВВЭР, которая имеет 126 круглых отверстий для установки твэлов, центральное отверстие для установки центральной трубы, 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и полуотверстия по контуру опорной решетки для протока теплоносителя. Отверстия типа «гантель» образованы двумя отверстиями радиусом 2,95 min, соединенным отверстием, шириной 5 min. Отверстия для установки твэлов и центральной трубы имеют диаметр 5^+0.1, причем по контуру каждой грани шестигранной HP расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990., с. 31-35).

Наряду с недостатком, связанным с существенной анизотропией конструкции, недостатком известной HP являются также большие размеры проливных отверстий. В ТВС ВВЭР они способны пропускать в пучок твэлов цилиндрические предметы диаметром до 5,9 мм и плоские шириной до 13 мм при толщине до 5 мм.

В связи с накоплением по мере эксплуатации АЭС в теплоносителе посторонних дебриз-предметов и преждевременным повреждением по этой причине оболочек твэлов возникла необходимость в оснащении ТВС анти-debris фильтрами (АДФ), устанавливаемыми в хвостовики ТВС.

В настоящее время все ТВС ВВЭР-440, ВВЭР-1000 оснащены АДФ.

АДФ РК ВВЭР-440 состоит из системы колец увеличивающегося по направлению потока теплоносителя диаметра и имеет кольцевые зазоры, шириной 2 мм, для улавливания частиц с линейным размером 2 мм и более.

В проекте ТВС-2М ВВЭР-1000 разработан АДФ, состоящий из наклонных перфорированных пластин. Предлагаемая конструкция АДФ ТВС-2М собирается из 12 таких пластин, установленных под определенным углом друг к другу с помощью дополнительных ребер в сложную пространственную конструкцию, при этом большая протяженность сварных швов снижает надежность сварных соединений.

Было предложено также оснастить штатные HP дополнительными прутками из проволоки 1,5…2 мм, приваренными на нижнюю поверхность HP в районе проливных отверстий, что в условиях массового производства реализовать практически невозможно.

Данные конструкции АДФ были исследованы в ОАО «ЭНИЦ» и результаты исследований были представлены на 7-й МНТК «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 26-27 мая 2010 г. в докладе «Экспериментальное исследование эффективности антидебрисных фильтров кассет ВВЭР-1000».

Рассмотрение имеющихся данных показывает, что конструкции указанных АДФ позволяют с достаточной эффективностью задерживать криволинейные debris-частицы, однако они не технологичны и требуют больших трудозатрат на изготовление.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является АДФ, разработанный для ТВСА ВВЭР-1000, установленный в хвостовике перпендикулярно его оси и представляющий собой густо перфорированную плоскую пластину толщиной 8 мм с пазами для протока теплоносителя типа «шеврон» 7 (см. фиг. 1) шириной 2 мм (RU 2264666, опубл. 20.11.2005).

Существенным недостатком данного АДФ является малая, порядка 0,6 мм, толщина перемычек между отверстиями при толщине пластины 8 мм, что не позволяет изготовить его с помощью механической обработки. Изготовление его как электроэррозионным способом, так и с помощью гидроабразивной резки приводит к большим трудозатратам.

При этом, эффективность задержания debris-частиц прямолинейной формы - проволоки, диаметром менее 2 мм любой длины и плоских debris-предметов толщиной менее 2 мм и шириной до 20 мм - практически отсутствует.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции АДФ, имеющей высокую эффективность задержания debris-предметов любой формы по сравнению с известными АДФ.

Для устранения этих недостатков предлагается выполнить АДФ из нескольких фильтрующих элементов пластинчатой конструкции с пазами для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, шириной не более 2 мм, наклоненными к оси ТВС под определенным углом, чтобы обеспечить отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки.

Причем, предлагаемый АДФ для повышения эффективности фильтрации может содержать несколько (2…3) фильтрующих элементов пластинчатой конструкции, расположенных по отношению к соседним зеркально относительно плоскости их соприкосновения.

Пластинчатую конструкцию имеют перемешивающие решетки (ПР) ТВСА ВВЭР-1000, а также перспективные пластинчатые ДР для ТВС типа ВВЭР (RU 2518058, 10.06.2014), изготавливаемые в настоящее время на основе цифровой высокоточной и высокопроизводительной технологии газолазерной резки, т.е. серийная технология газолазерной резки освоена.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и работоспособности ТВС типа ВВЭР при снижении трудоемкости ее изготовления.

Данный технический результат достигается тем, что АДФ, установленный в хвостовике тепловыделяющей сборки ядерного реактора перпендикулярно потоку теплоносителя, содержащий ряд взаимно пересекающихся групп пластин, образующих пазы для протока теплоносителя в форме вытянутых прямоугольников, содержит 2…3 фильтрующих элемента, каждый из которых содержит две группы параллельных друг другу пластин, одна из которых параллельна оси тепловыделяющей сборки, а другая расположена под углом к ней, образующих пазы для протока теплоносителя, наклоненные в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под углом, обеспечивающим отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки, причем в каждом из соседних фильтрующих элементов пазы наклонены на один и тот же угол зеркально по отношению к плоскости их соприкосновения.

При этом пазы для прохода теплоносителя имеют ширину не более 2 мм и наклонены в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей под углом 15…20°, а высота фильтрующего элемента выбрана такой, чтобы обеспечить отсутствие просвета фильтрующего элемента в направлении, параллельном оси тепловыделяющей сборки.

При этих углах наклона для перекрытия паза шириной 2 мм и обеспечения отсутствия просвета, т.е. непрозрачности АДФ в направлении, параллельном оси ТВС, достаточно толщины фильтрующего элемента 8 мм и более.

Длина пазов предпочтительно соизмерима с шагом твэлов в пучке ТВС, что составляет 10…15 мм.

Толщина пластин, выполненных из нержавеющей стали типа Х18Н10Т, из практических возможностей существующего оборудования находится в диапазоне 0,5…1,0 мм.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен штатный АДФ ТВСА ВВЭР-1000.

На фиг. 2 изображен фильтрующий элемент предлагаемого АДФ ТВС типа ВВЭР.

На фиг. 3 изображен фрагмент предлагаемого АДФ ТВС типа ВВЭР, состоящего из двух фильтрующих элементов.

На фиг. 4 изображены пластины с верхними прорезями, из которых состоит предлагаемый АДФ.

На фиг. 5 изображены пластины с нижними прорезями, из которых состоит предлагаемый АДФ.

Фильтрующий элемент 1 состоит из двух видов пластин: пластины 2 с нижними прорезями 3, параллельные оси ТВС, и наклоненные на определенный угол пластины 4 с верхними прорезями 5, образующие пазы 6 для протока теплоносителя.