Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРНАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), используемым, преимущественно, для реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000.

Из уровня техники известна опорная решетка ВВЭР-440, например, 445.20.030-04, имеющая 102 отверстия в форме «гантели» для протока теплоносителя, 12 отверстий диаметром 5,9 min и 24 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 опорной решетки расположены по семь отверстий для нижних заглушек твэлов (см. Дементьев Б.Д. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.31-35) [1]. В опорной решетке РК-3 ВВЭР-440 часть отверстий под твэлы используются для установки несущих труб.

Недостатком данной решетки является возникающая анизотропия конструкции опорной решетки, вызванная формой и расположением отверстий для протока теплоносителя относительно продольной оси твэлов (тепловыделяющих элементов), снижающая ее прочность и жесткость; существенное отличие конфигурации отверстий для прохода теплоносителя от элементарной ячейки пучка твэлов, несимметричное их расположение относительно оси твэла, вызывающее возмущение потока теплоносителя при выходе его из опорной решетки в пространство между твэлами; использование низкопроизводительной технологии фрезерования для выполнения отверстий для протока теплоносителя.

Из уровня техники известна опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины, имеющей круглые отверстия, по меньшей мере, часть которых предназначена для установки в них наконечников твэлов, и отверстия, предназначенные для прохода теплоносителя, имеющие форму шестиугольника, каждая из трех сторон которого, обращенных к таким же отверстиям, параллельна линии, соединяющей центры соседних цилиндрических отверстий, а каждая из трех других сторон, обращенных к цилиндрическим отверстиям, образована дугой окружности, концентричной соседнему круглому отверстию, при этом отверстия для прохода теплоносителя равномерно расположены вокруг цилиндрических отверстий (см. RU 2308775 С1, опубл. 20.10.2007 [2]).

Недостатками аналога является сложная форма отверстий для протока теплоносителя и малая толщина перемычек между этими отверстиями, вызывающая трудности при изготовлении ее с использованием высокопроизводительных технологий литья, лазерной и водоабразивной резки.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является опорная решетка ТВС, в которой отверстия для протока теплоносителя выполнены круглой формы или треугольными с закругленными углами, расположенными симметрично относительно круглых отверстий под нижние заглушки твэлов и трубчатых каналов в количестве шести штук вокруг каждого из них, при этом по периферии каждой грани шестигранной нижней опорной решетки расположены по одиннадцать отверстий для нижних заглушек тепловыделяющих элементов, образующих перпендикулярно с противоположной гранью шестигранной нижней опорной решетки параллельные между собой ряды чередующихся отверстий для нижних заглушек тепловыделяющих элементов и спаренных через перемычку оснований круглых отверстий или треугольных отверстий с закругленными углами для протока теплоносителя (см. RU 2248050 С2, опубл. 10.03.2005 [3]). Данная опорная решетка имеет более равномерное распределение напряженно-деформированного состояния (НДС) по сравнению с известной из [1], имеющей существенную анизотропию.

Однако технологичность этой решетки очень низка, т.к. из-за еще более малой толщины перемычек между отверстиями, чем в опорной решетке [2], она может быть выполнена только фрезерованием и не позволяет использовать по этой причине высокопроизводительные технологии литья, лазерной и водоабразивной резки.

Задачей настоящего изобретения является создание высокотехнологичной опорной решетки, имеющей за счет изменения формы и расположения отверстий для прохода теплоносителя достаточно высокую прочность и жесткость с возможностью изготовления ее как по существующей технологии, так и с использованием высокопроизводительных технологий литья, лазерной и водоабразивной резки.

Задача решается тем, что опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора выполнена в виде перфорированной пластины с круглыми отверстиями, расположенными по треугольной сетке, по меньшей мере, часть из которых предназначена для установки в них наконечников твэлов, и с отверстиями для прохода теплоносителя, каждое из которых образовано тремя дугами окружностей радиуса R, концентричными трем соседним круглым отверстиям и сопряженными дугами окружностей, радиус которых находится в диапазоне S/2 - R до S/3^0,5 - R, где S - расстояние между центрами круглых отверстий, при этом отверстия для прохода теплоносителя равномерно расположены по три штуки вокруг круглых отверстий. Часть круглых отверстий предназначена для размещения направляющих каналов или несущих труб, а центральное круглое отверстие предназначено для размещения центральной трубы.

В предлагаемой решетке за счет формы и расположения отверстий количество перемычек уменьшается, а толщина перемычек соответственно увеличивается и превышает толщину перемычек наиболее близкого аналога более чем в 2 раза, что обеспечивает ей достаточную прочность и жесткость, а также возможность изготовления ее как по существующей технологии сверлением при сохранении технологических допусков, так и с использованием высокопроизводительных технологий литья, лазерной и водоабразивной резки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая опорная решетка, а на фиг.2 - увеличенный фрагмент центральной части решетки.

Опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора выполнена, например, методом литья в виде шестигранной перфорированной пластины 1, в которой выполнены круглые отверстия 2 и 3, расположенные по треугольной сетке, и отверстия 4 для прохода теплоносителя.

Опорная решетка может также быть изготовлена лазерной резкой, или водоабразивной резкой, или сверлением.

Одна часть круглых отверстий предназначена для установки в них наконечников твэлов, а другая часть круглых отверстий предназначена для размещения направляющих каналов или несущих труб. Центральное круглое отверстие 2 предназначено для размещения в нем центральной несущей трубы.

Отверстия 4 для прохода теплоносителя равномерно расположены по три штуки вокруг круглых отверстий 2, 3, и каждое их них образовано тремя дугами окружностей радиуса R, концентричными трем соседним круглым отверстиям 3 и сопряженными дугами 5 окружностей, радиус которых находится в диапазоне от S/2 - R до S/3^0,5 - R, где S - расстояние между центрами круглых отверстий.

Для анализа динамических характеристик конструкции использовался метод ударного возбуждения, который позволяет одновременно получать частотные спектры внешнего воздействия (силы) и отклика (ускорения) точек изделия от приложенной силы. Колебания, создаваемые при ударе, представляют собой кратковременный процесс передачи энергии. Спектр ударной силы получается непрерывным, с максимальной амплитудой при 0 Гц и с последующим ее уменьшением с ростом частоты. Это позволяет проводить одновременное возбуждение конструкции во всем частотном диапазоне (зависящем от характеристик бойка ударного молотка).

Результаты испытаний и расчетов собственных частот колебаний и отношения жесткостей приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемая опорная решетка по жесткости уступает решетке [2], а следовательно, и близкому аналогу [3], однако имеет достаточную жесткость и прочность по сравнению с решеткой [1], долгое время использовавшейся в серийном производстве.