ОПОРНАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к опорным решеткам тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Известна опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины, часть отверстий которой предназначена для установки в них наконечников твэлов, а часть отверстий предназначена для прохода теплоносителя (см. А.Я.Крамеров, «Вопросы конструирования ядерных реакторов». М.: Атомиздат, 1971 г., стр.202) (ближайший аналог).

Известная конструкция опорной решетки имеет следующие недостатки:

- анизотропия конструкции, вызванная формой и расположением отверстий для прохода теплоносителя (проливных пазов) относительно продольной оси твэлов, снижающая ее прочность и жесткость;

- существенное отличие конфигурации проливных пазов от конфигурации элементарной ячейки пучка твэлов, вызывающее возмущение потока теплоносителя при выходе его из опорной решетки в межтвэльное пространство и вибрацию твэлов;

- использование низкопроизводительной технологии механической обработки для выполнения отверстий.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичной в изготовлении конструкции опорной решетки, обладающей повышенной прочностью и жесткостью.

Поставленная задача решается тем, что опорная решетка для тепловыделяющей сборки ядерного реактора, выполненная в виде перфорированной пластины, имеет круглые отверстия, по меньшей мере часть которых предназначена для установки в них наконечников твэлов, и отверстия, предназначенные для прохода теплоносителя, при этом отверстия для прохода теплоносителя в плане имеют форму шестиугольника, каждая из трех сторон которого, обращенных к таким же отверстиям, параллельна линии, соединяющей центры соседних круглых отверстий, а каждая из трех других сторон, обращенных к круглым отверстиям, образована дугой окружности, концентричной соседнему круглому отверстию, при этом отверстия для прохода теплоносителя равномерно расположены с шагом 60° вокруг круглых отверстий.

Предложенная форма и расположение отверстий позволяет повысить жесткость и прочность конструкции опорной решетки, снизить возмущение потока теплоносителя и вибрацию твэл.

Стороны отверстий для прохода теплоносителя могут быть сопряжены радиусами закругления, позволяющими точно регулировать площадь для прохода теплоносителя.

Некоторые из круглых отверстий могут быть предназначены для размещения направляющих каналов, а центральное отверстие - для размещения центральной трубы.

Опорная решетка может быть выполнена методом литья, электроэррозионным методом, лазерной резкой или протяжкой.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг.1 показана опорная решетка, на фиг.2 показан увеличенный фрагмент опорной решетки.

Опорная решетка (см. фиг.1) для тепловыделяющей сборки ядерного реактора выполнена в виде перфорированной пластины 7 шестигранной формы, в которой выполнены круглые отверстия 1 (имеющие в плане форму окружности), предназначенные для установки в них наконечников твэлов, и отверстия 2 (проливные отверстия), предназначенные для прохода теплоносителя. Отверстия 1 и 2 имеют упорядоченное расположение, такое, что отверстия 2 равномерно расположены (с шагом 60° между их центрами) вокруг круглых отверстий 1, а круглые отверстия 1 равномерно расположены (с шагом 120° между их центрами) вокруг отверстий 2.

Отверстия 2 (см. фиг.2) имеют в плане форму шестиугольника, три стороны 3 которого, обращенные к таким же отверстиям 2, параллельны линиям, соединяющим центры соседних круглых отверстий 1, а три других стороны 4, обращенные к круглым отверстиям 1, образованы дугой окружности, концентричной соответствующему круглому отверстию. Стороны отверстий 2 сопряжены радиусами закругления 5.

В некоторых местах расположения круглых отверстий 1 могут быть выполнены отверстия под направляющие каналы 6 другого диаметра или отверстие под центральную трубу (не показано).

Преимущества предлагаемой конструкции по сравнению с известной видны из следующего сопоставительного примера.

В таблице 1 приведены геометрические характеристики известного и предлагаемого исполнения опорной решетки.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемый вариант практически равнозначен известному как по проливному сечению, так и по коэффициенту ослабления. При этом в предлагаемом варианте опорная решетка имеет большую толщину перемычек между проливными отверстиями, а также между проливными отверстиями и отверстиями под наконечник твэла, направляющими каналами и отверстием под центральную трубу.

Расчеты на прочность и жесткость опорной решетки с учетом реальной геометрии отверстий и закрепления ее к хвостовику были выполнены численно методом конечных элементов на основе ПК ANSYS, аттестованного в ГАН РФ.

Основные результаты расчетов напряженно-деформированного состояния рассмотренных вариантов приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что максимальные напряжения у предлагаемой опорной решетки ниже на 30% (в центре - на 35%), а жесткость выше на 25%, чем у известной опорной решетки.

Анализ показывает, что это связано с большей толщиной перемычек между отверстиями, а также с более равномерным распределением напряженно-деформированного состояния в предлагаемой опорной решетке по сравнению со штатной конструкцией, имеющей существенную анизотропию.

Таким образом, при одинаковом проливном сечении и диаметре отверстий под наконечники твэлов, центральную трубу, направляющие каналы, предлагаемая конструкция опорной решетки имеет существенно большую прочность и жесткость, чем известная, при сохранении требований к механическим свойствам литого металла на уровне металла известной решетки.