способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах и дистанционирующая решетка

Формула изобретения

1. Способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек, подготовку тепловыделяющих элементов к сборке в тепловыделяющую сборку и размещение тепловыделяющих элементов в ячейках дистанционирующих решеток, отличающийся тем, что параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек начинают с расстановки их полуободов с размещением в них первых секций из предварительно изготовленных из единой полосы циркония ряда полуячеек, закрепления точечной сваркой секции к нижней грани каждого полуобода дистанционирующих решеток, подготовку тепловыделяющих элементов к сборке в тепловыделяющую сборку осуществляют путем набора тепловыделяющих элементов в количестве, равном количеству полуячеек в секции, размещение тепловыделяющих элементов осуществляют путем их укладки в полуячейки, затем на уложенные в полуячейки тепловыделяющие элементы в полуободы устанавливают вторые секции с ответными полуячейками для нижних полуячеек секции и верхними полуячейками для очередных тепловыделяющих элементов и секций, прижимают вторую секцию к первой секции в каждом полуободе по всей длине собираемой тепловыделяющей сборки с образованием полных ячеек и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками и с полуободами, а последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с тепловыделяющими элементами с образованием тепловыделяющей сборки осуществляют чередованием укладки тепловыделяющих элементов в полуячейки с установкой очередных секций, с их прижимом и точечной сваркой до полного формирования ячеек дистанционирующих решеток по всей длине образованной тепловыделяющей сборки с точечной сваркой вторых полуободов на собранное поле ячеек с тепловыделяющими элементами внутри.

2. Дистанционирующая решетка, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены ячейки из циркониевой ленты, снабженные выступами с просечками, отличающаяся тем, что обод выполнен составным из двух полуободов, закрепленных между собой точечной сваркой, каждый ряд ячеек, параллельных по осям нижней грани обода, и примыкающий к ней выполнен составным из полуячеек в секцию из одной циркониевой полосы зигзагообразной формы шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой, каждая последующая секция снабжена ответными полуячейками, образующими ряд полных ячеек с нижним рядом полуячеек и рядом полуячеек с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередных секций, а закрепление секций между собой и к ободу осуществлено точечной сваркой.

3. Дистанционирующая решетка по п.2, отличающаяся тем, что для тепловыделяющей сборки ядерного реактора ВВЭР-1000 она снабжена в секциях составными ячейками для центральной трубы и каналов направляющих большего диаметра, чем ячейки для тепловыделяющих элементов в этих же секциях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механосборочному производству, в частности к сборке тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) в тепловыделяющие сборки, преимущественно для энергетических атомных реакторов ВВЭР-10000, ВВЭР-440.

Известен способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющих сборок, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистационирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке тепловыделяющей сборки (ТВС) и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент США N 5533077А, опубликован 02.07.96 г., МПК G 21 C 3/32. Аналоги - заявки США: 95389861 от 22.02.95 г. и 93142265 от 25.10.93 г.).

По патенту США N 5533077А при размещении ТВЭЛов в ячейках заложен принцип проталкивания ТВЭЛа в трубу, которая предварительно введена в соосные ячейки дистанционирующих решеток с последующей фиксацией ТВЭЛа и удалением трубы из дистанционирующих решеток, т.е. при сборке ТВС ТВЭЛы дважды контактируют со стенкой трубы при проталкивании ТВЭЛа в трубу и при удалении трубы с ТВЭЛа, что не исключает царапин и потертостей на оболочке ТВЭЛа.

Известно, что основным материалом оболочек ТВЭЛов водоводяных (ВВЭР) и кипящих энергетических реакторов является циркониевый сплав (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛ энергетических реакторов. Книга 1. Ф.Г. Решетников, Ю. К. Бибилашвили, И.С. Головнин и др. Под редакцией Ф.Г. Решетникова. М. Энергоатомиздат, 1995 г., стр. 127).

Известно также, что цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. Под редакцией Г.А. Меерсона и Ю.В. Гагаринского. Издательство иностранной литературы. М., 1959 г., стр. 298).

При сборке ТВС по патенту США N 5533077 двойное соприкосновение со стенкой трубы оболочки при осевом перемещении ТВЭЛа в трубе не исключает образование на оболочке ТВЭЛа царапин или потертостей, вызывающих разъедающую коррозию и возможное разрушение оболочки ТВЭЛа в ядерном реакторе. При вводе трубы в ячейки дистанционирующей решетки с диаметром больше диаметра ТВЭЛа не исключено, что стенки ячейки дистанционирующей решетки после удаления трубы из-за остаточной деформации будут больше диаметра ТВЭЛа, что приведет к вибрации ТВЭЛа в потоке теплоносителя и к неизбежному разрушению (см. Металлургия циркония, стр. 298).

Для предотвращения повреждения оболочки ТВЭЛа при сборке ТВЭЛов в ТВС известно нанесение на оболочки ТВЭЛов перед их сборкой в ТВС защитного покрытия водорастворимого лака и его сушки (см. Патент Российской Федерации N 2127002 от 10.07.96 г., опубликован 27.02.99 г., МПК 6 G 21 C 21/02, B 05 C 3/09. Линия подготовки тепловыделяющих элементов к сборке в ТВС).

Известен способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент Российской Федерации N 2126739 от 27.03.97 г., опубликовано 27.02.99 г. МПК 6B 23 P 15/26, B 21 D 53/08. Автоматическая линия сборки ТВЭЛ в ТВС). В отличие от патента США N 5533077 патент Российской Федерации N 2126739 в дополнение к лакопокраске по патенту Российской Федерации N 2127002 предусматривает оснащение лакопокрашенных ТВЭЛ съемными наконечниками, имеющими диаметр больше диаметра ТВЭЛа и запрессовку в ячейки дистанционирующих решеток ТВЭЛа наконечниками вперед с нанесением на ТВЭЛ смазки в момент запрессовки. Однако защита лаком, смазкой и использование съемных наконечников для ослабления трения стенок ячеек дистанционирующих решеток на ТВЭЛ в момент запрессовки ТВЭЛов в ячейки дистанционирующих решеток не исключает образование царапин, задиров и потертостей на оболочках ТВЭЛов, что снижает качество сборки ТВС и не дает возможности повышения срока службы ТВС в ядерном реакторе.

Кроме того, высока себестоимость изготовления ТВС, включающая высокую стоимость изготовления дистанционирующих решеток из циркониевых тонкостенных труб для изготовления из них ячеек, и стоимость установки лакопокраски ТВЭЛ перед их сборкой в ТВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, для ядерного реактора, включающий параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с расположением ячеек соосно друг другу, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток (см. Патент Российской Федерации N 2127001 от 27.03.97 г., опубликован 27.02.99 г. МКИ 6 G 21 C 3/34. Дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора).

Способ предусматривает использование дистанционирующих решеток с ячейками, имеющими внутренние выступы и просечки, обеспечивающие контакт ТВЭЛа с ячейкой в четырех точках и проталкивание ТВЭЛа в ячейки дистанционирующих решеток при сборке ТВС (см. раздел 10 патента 2127001).

Поскольку в способе сборки ТВС заложен принцип проталкивания ТВЭЛа через соосные ячейки дистанционирующих решеток (см. раздел 10 патента 2127001), то отмена лакопокраски ТВЭЛа и применения наконечника в момент проталкивания ТВЭЛа в соосные ячейки наконечником вперед должны быть обусловлены высоким качеством изготовления выступов с просечками в ячейках дистанционирующих решеток, т. к. в противном случае неизбежны задиры и потертости при проталкивания ТВЭЛа через соосные ячейки пятнадцати дистанционирующих решеток ТВС ВВЭР-1000 и десяти дистанционирующих решеток ТВС ВВЭР-440.

Аналогичные повреждения оболочки ТВЭЛа возможны при нарушении соосности ячеек, использования ТВЭЛов с отклонениями по диаметру, кривизне и превышения усилия проталкивания ТВЭЛа в ячейки параллельно установленных дистанционирующих решеток.

При переходе на пятилетний срок службы ТВС в ядерном реакторе степень риска должна быть исключена.

Известна дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из ленты, снабженные внутренними выступами и просечками (см. Патент Германии N DE 2839211, МКИ G 21 C 3/34, 1979 г.). Недостатком дистанционирующей решетки является невозможность ее применения в ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000, имеющей трубчатые каналы для размещения стержней управления и защиты ядерного реактора, так как отверстия для размещения каналов конструкцией известной дистанционирующей решетки не предусмотрены.

Организация же таких отверстий в силу конструктивных особенностей ее ячеек для ТВЭЛов и их взаимного расположения без изменения конструкции дистанционирующей решетки невозможна.

Известные дистанционирующие решетки при сборке ТВС, установленные параллельно с соосно размещенными ячейками, предусматривают проталкивание через ячейки ТВЭЛов, что не исключает повреждений оболочек ТВЭЛов (царапины, задиры, потертости, и возникновение язвенной коррозии в местах повреждений оболочки ТВЭЛа (см. Металлургия циркония, Перевод с английского, 1959 г., стр. 298).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является дистанционирующая решетка ТВС ядерного реактора, имеющая шестигранный обод, внутри которого размещены соединенные к ободу и между собой ячейки, выполненные из циркониевой ленты, снабженные внутренними выступами и просечками, и ячейки для трубы центральной и каналов направляющих (см. Патент Российской Федерации N RU 2127001, МКИ 6G 21 C 3/34 от 27.03.97 г., опубликовано 27.02.99 г.).

Дистанционирующая решетка по патенту RU 2127001 имеет тот же недостаток, что и дистанционирующая решетка по патенту DE 2839211 в части размещения в ячейках ТВЭЛ при сборке их в ТВС проталкиванием ТВЭЛ через ячейки параллельно установленных дистанционирующих решеток, что не исключает повреждений оболочек ТВЭЛ о стенки ячеек, возникновения язвенной коррозии и требует весьма качественного изготовления выступов с просечками на ячейках. В противном случае повреждения ТВЭЛ при сборке ТВС неизбежны, что ограничивает срок службы ТВС в ядерном реакторе. К возможному повреждению оболочки ТВЭЛа может привести нарушение соосности ячеек, кривизна ТВЭЛа, искривление ТВЭЛа при приложении к нему усилий проталкивания, а также отклонения по диаметру ТВЭЛа.

Технической задачей изобретения является повышение качества сборки ТВС, повышение срока службы ТВС в ядерном реакторе и снижение себестоимости изготовления ТВС. Эта техническая задача решается тем, что в способе предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС, включающем параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек, подготовку ТВЭЛ к сборке в ТВС и размещение ТВЭЛ в ячейках дистанционирующих решеток

согласно изобретению параллельную на равном расстоянии расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек начинают с расстановки их полуободов с размещением в них первых секций из предварительно изготовленных из единой полосы циркония ряда полуячеек, закрепляя точечной сваркой секции к нижней грани каждого полуобода дистанционирующих решеток, подготовку ТВЭЛ к сборке ТВС осуществляют путем набора ТВЭЛ в количестве, равном количеству полуячеек в секции, размещение ТВЭЛов осуществляют путем их укладки в полуячейки, затем на уложенные в полуячейки ТВЭЛы в полуободы устанавливают вторые секции с ответными полуячейками для нижних полуячеек секций и верхними полуячейками для очередных ТВЭЛ и секций, прижимают вторую секцию к первой секции в каждом полуободе по всей длине собираемой ТВС с образованием полных ячеек и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками и с полуободами, а последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с ТВЭЛами с образованием ТВС осуществляют чередованием укладки ТВЭЛов в полуячейки с установкой очередных секций, с их прижимом и точечной сваркой до полного формирования ячеек дистанционирующих решеток по всей длине образованной ТВС с точечной сваркой вторых полуободов на собранное поле ячеек с ТВЭЛами внутри.

Эта техническая задача решается тем, что для осуществления способа в дистанционирующей решетке для ТВС ядерного реактора, преимущественно типа ВВЭР, имеющей шестигранный обод, внутри которого размещены ячейки из циркониевой ленты, снабженные выступами и просечками

согласно изобретению обод выполнен составным из двух полуободов, закрепленных между собой точечной сваркой, каждый ряд ячеек, параллельных по осям нижней грани обода и примыкающий к ней выполнен составным из полуячеек в секцию зигзагообразной формы из одной циркониевой полосы с шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой, каждая последующая секция снабжена ответными полуячейками, образующими ряд полных ячеек с нижним рядом полуячеек и рядом полуячеек с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередных секций, а закрепление секций между собой и к ободу осуществлено точечной сваркой. Другим отличием является то, что дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 снабжена в секциях составными ячейками для центральной трубы и каналов направляющих большего диаметра, чем ячейки для ТВЭЛов в этих же секциях.

Предварительное изготовление секций полуячеек дистанционирующих решеток и сборки их с чередованием укладки ТВЭЛов с образованием ТВС и дистанционирующих решеток позволит повысить качество сборки ТВС за счет исключения использования дорогостоящих циркониевых труб для изготовления ячеек дистанционирующих решеток. Изготовления секций полуячеек штамповкой из целой циркониевой ленты с одновременным выполнением просечек, стыковки рядов полуячеек при сборке ТВС после укладки в них ТВЭЛ позволит достичь полного исключения лакопокраски поверхности ТВЭЛ и удаления лака после сборки ТВС, исключения нанесения смазки и ее отмывки после сборки ТВС и исключения применения съемных наконечников, что позволит снизить себестоимость изготовления.

Способ применим к ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 и ВВЭР-440.

На чертежах представлены способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющей сборки и дистанционирующая решетка:

на фиг. 1 - способ предотвращения образования задиров на тепловыделяющих элементах при изготовлении тепловыделяющей сборки.

Фиг. 2 - дистанционирующая решетка для ТВС ВВЭР-1000;

Фиг. 3 - дистанционирующая решетка для ТВС ВВЭР-440;

Фиг. 4 - фрагмент расположения первой и второй секций дистанционирующей решетки в ободе с ТВЭЛами;

Фиг. 5 - фрагмент ячейки с пуклевками в сборе с ТВЭЛом;

Фиг. 6 - выступ и просечки на ячейке с ТВЭЛом внутри.

Дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора, преимущественно для типа ВВЭР, имеющая шестигранный обод из закрепленных точечной сварки двух полуободов 1, 2, внутри которого размещены ячейки 3 из циркониевой ленты (сплав циркония с 1% ниобия), снабженные выступами 4 и просечками 5. На фиг. 5 выступы 4 выполнены в виде пуклевки.

Каждый ряд ячеек 3, параллельных по осям нижней грани 6 обода и примыкающий к ней, выполнен составным из полуячеек 7 в секцию 8 из одной циркониевой полосы зигзагообразной формы с шириной, равной высоте ячейки на всю длину ряда от боковой грани до боковой грани обода, и закреплен к упомянутым граням обода точечной сваркой.

Каждая последующая секция 9 содержит ответные полуячейки 10, образующие при сборке ТВС полные ячейки с нижним рядом полуячеек 7 и ряд полуячеек 11, с другой стороны циркониевой полосы зигзагообразной формы этой секции 9, образующих полные ячейки с ответными полуячейками очередной секции "n" при сборке ТВС и т.д.

Дистанционирующая решетка для ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 снабжена составными ячейкам 12 большего диаметра для центральной трубы и составными ячейками 13 большего диаметра для каналов направляющих, чем ячейки для ТВЭЛов 14 в этих же секциях. Ячейки 3 предназначены для размещения в них ТВЭЛ 14.

Способ предотвращения образования задиров на ТВЭЛах при изготовлении ТВС осуществляют следующим образом.

Параллельную на равном расстоянии друг от друга расстановку дистанционирующих решеток с соосным расположением ячеек 3 начинают с расстановки их полуободов 1 с размещением в них первых секций 8 из предварительно изготовленных из единой полосы циркония (сплав циркония с 1% ниобия) ряда полуячеек 7, закрепления секции 8 точечной сваркой к нижней грани 6 каждого полуобода 1 дистанционирующей решетки.

Подготовку ТВЭЛ 14 к сборке в ТВС осуществляют путем набора ТВЭЛ 14 в количестве, равном количеству полуячеек в секции. Размещение ТВЭЛов 14 осуществляют путем их укладки горизонтально в полуячейки 7, затем на уложенные в полуячейки 7 ТВЭЛы 14 в полуободы 1 устанавливают секции 9 с ответными полуячейками 10 для нижних полуячеек 7 секции 8 и верхними полуячейками 11 для очередных ТВЭЛ 14 секции "H", прижимают секцию 9 к секции 8 в каждом полуободе 1 по всей длине собираемой ТВС с образованием полных ячеек 3 и проводят точечную сварку стыков зигзагообразных лент между ячейками 3 и полуободами 1. Последующее формирование дистанционирующих решеток в сборе с ТВЭЛами 14 с образованием ТВС осуществляют чередованием укладки ТВЭЛов 14 в полуячейки с установкой очередных секций, их прижима и точечной сварки до полного формирования ячеек 3 дистанционирующих решеток по всей длине образованной ТВС с точечной сваркой полуободов 2 на собранное поле ячеек 3 с ТВЭЛами 14 в них.

В процессе сборки ТВС возможно использование при сборке ТВЭЛ 14 с разбросом по диаметру 9,05 - 9,26 мм, то для исключения люфта или большого натяга предусматривается упругая компенсация в виде упругих выступов 4 с прорезями 5 на каждой ячейке 3 в количестве четырех упругих выступов 4 диаметрально противоположно.

В дистанционирующей решетке для ТВС для ядерного реактора ВВЭР-1000 предусмотрены центральные ячейки 12 для трубы центральной и ячейки 13 для каналов направляющих, имеющих диаметр вписанной окружности больше, чем диаметр вписанной окружности для ТВЭЛа 14.