содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

2.2.

Тепловыделяющие сборки

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (ТВС)—сборочная единица ядерного реактора из тепловыделяющих элементов, устанавливаемая в ядерный реактор для генерирования тепловой энергии, обеспечения теплосъема и (или) накопления вторичного ядерного топлива.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора может включать в себя помимо тепловыделяющих элементов поглощающие элементы, сборочные единицы и детали [24].



2.2.1.

Конструкции ТВС водо-водяных энергетических реакторов АЭС

В настоящее время твэлы водо-водяных энергетических реакторов в основном стандартизированы. Обычно используются ТВС с твэлами стержневого типа, которые отличаются размерами (длиной, диаметром, толщиной, оболочкой) и начальным давлением внутри твэла. В качестве топлива используется слабообогащенная двуокись урана, материалом оболочки служат циркониевые сплавы.

В отличие от твэлов конструкции ТВС в разных типах реакторов различаются, так как зависят от конструкции реактора в целом. ТВС могут иметь круглое, квадратное или шестигранное сечение.

ТВС круглого сечения состоит из активной части и подвески (рис. 2.7). В активной части ТВС находятся твэлы, размещенные в определенном порядке и образующие правильную геометрическую решетку. Активная часть внизу заканчивается хвостовиком, обеспечивающим установку крепления и дистанционирования ТВС в реакторе, а также подачу теплоносителя к твэлам при нижнем подводе теплоносителя [24]. Подвеска предназначена для крепления ТВС в верхней решетке, направления потока теплоносителя и извлечения кассеты из активной зоны. Подвеска представляет собой тонкостенную трубу, заглушенную с верхнего торца. На нижнем конце имеется резьба для соединения подвески с активной частью. В верхней части трубы находятся окна для прохода теплоносителя. К заглушенному торцу трубы подвески приварен фланец, в котором ТВС опирается на верхнюю решетку корзины реактора. Поджатие ТВС к решетке производится обычно крышкой реактора через наконечник и пружину.

Рис. 2.7. Активная часть ТВС круглого сечения:
1 — подвеска ТВС; 2 — чехол ТВС; 3 — твэл; 4 — ди-станционирующая решетка; 5 — центральный стержень; 6 — хвостовик ТВС; 7 — дроссельная шайба

Рис. 2.8. ТВС ВВЭР-440:
1 — подпружинные штыри; 2 — головка; 3 — шестигранный чехол; 4 — центральная трубка; 5 — твэл; 6 — дистанционирующие решетки; 7 — хвостовик; 8 — штырь

Активная зона реакторов современных действующих и проектируемых АЭС собирается из шестигранных или квадратных ТВС. ТВС отечественных опытно-промышленных реакторов ВВЭР-210, ВВЭР-365 и серийных реакторов ВВЭР-440 (рис. 2.8) состоят в основном из следующих элементов: пучка твэлов с ди-станционирующими решетками; шестигранного чехла ТВС, служащего для фор-мирования потока теплоносителя внутри ТВС и связывающего в единое целое все части ТВС ядерного реактора: тепловыделяющие элементы, головку, хвостовик; цилиндрического хвостовика, предназначенного для установки в отверстие днища корзины; головки ТВС, предназначенной для обеспечения возможности захвата ТВС при перегрузке и транспортировке.

Стержневой твэл состоит из активного объема ядерного топлива в виде слабообогащенной UO2 (содержание 235U составляет 2—3,3 %) и тонкой оболочки из циркониевого сплава Zr+1 % Nb, в которую он заключен. Толщина оболочки из-за условий минимального поглощения нейтронов равна 0,6—0,65 мм. Между топливом и оболочкой имеется зазор, заполненный гелием.

Ниже приведены основные характеристики ТВС ВВЭР-210 (первая колонка) и ВВЭР-365 и ВВЭР-440 (вторая колонка).

Твэлы ВВЭР-210 имеют наружный диаметр 10,2, толщину оболочки 0,6, высоту столба таблеток топлива 2505 мм. С целью увеличения единичной мощности реактора без изменения габаритов активной зоны, а также улучшения эксплуатационных характеристик твэлов для ВВЭР-365 и ВВЭР-440 был разработан твэл с наружным диаметром 9,1, толщиной оболочки 0,65 и высотой столба таблеток топлива 2420 мм. Уменьшение высоты топлива вызвано необходимостью обеспечить компенсационный зазор для сбора газообразных продуктов деления, образующихся при облучении твэлов в реакторе или, как его называют, газосборник. Газосборник одновременно служит для компенсации увеличения длины топливного сердечника, происходящего при его распухании. Для фиксации топливного столба в газосборнике вставляют пружину. В таблетках топлива ВВЭР-365, ВВЭР-440 просверлено центральное отверстие диаметром 1,4—1,6 мм для снижения температуры в центре сердечника и уменьшения вероятности возможного расплавления центральной области в процессе работы. С верхнего и нижнего концов твэлы герметически закрыты заглушками.

Тепловыделяющая сборка ВВЭР-210 собирается из 90 твэлов, которые располагаются по треугольной решетке с шагом 14,3 мм, а ТВС ВВЭР-440 — из 126 твэлов с шагом 12,2 мм. Каркас тепловыделяющей сборки, объединяющей твэлы, состоит из центральной циркониевой трубы с механически закрепленными на ней десятью дистанционирующими решетками сотового типа из нержавеющей стали. В ТВС реактора ВВЭР-210 дистанционирующие решетки изготовлены из циркониевого сплава четырехъярусной конструкции. Сотовый тип дистанционирующих решеток позволил снизить гидравлическое сопротивление ТВС. Твэлы крепятся и жестко фиксируются только в нижней несущей решетке, верхняя решетка позволяет им продольно перемещаться для компенсации термических расширений. Центральная труба кроме крепления на ней дистанционирующих решеток служит для размещения внутри измерительного канала, представляющего собой трубку с заглушенным нижним концом из нержавеющей стали наружным диаметром 8 мм. В головке ТВС находятся подпружинные штыри, компенсирующие температурные расширения сборки. Ориентация тепловыделяющей сборки в плане определяется посадкой в паз днища шахты штыря на цилиндрическом хвостовике сборки. Пучок твэлов помещается в шестигранный чехол из сплава Zr + 2,5 % Nb толщиной 2 мм и размером «под ключ» 144 мм. В ТВС ВВЭР-210 циркониевый чехол содержит 0,07 % естественного бора в качестве выгорающего поглотителя. Выгорающий поглотитель в кассетах ВВЭР-440 находится в поглощающих элементах (пэ-лах). Пэл имеет такие же размеры, как и твэл, но вместо двуокиси урана содержит борированный цирконий с содержанием бора 0,5—1,0 %.

В реакторах, активная зона которых набрана из чехловых ТВС любого сечения, производится профилирование расхода теплоносителя для обеспечения более равномерного подогрева воды в кассетах. В реакторах ВВЭР-440 профилирование расхода осуществляется постановкой дроссельных шайб в хвостовик ТВС в двух зонах — центральной и периферийной. В реакторах ВВЭР-210, ВВЭР-365 и ВВЭР-440 компенсация реактивности проводится двухъярусными органами регулирования — подвижными ТВС, у которых топливные сборки сочленены t поглотителями из бористого сплава, хорошо поглощающего нейтроны.

Системы механических органов СУЗ (кассеты СУЗ) унифицированы и называются кассетами АРК; они выполняют следующие функции: обеспечение аварийных и плановых остановок реактора путем быстрого вывода из активной зоны тепловыделяющей части и ввода поглотителя; регулировка мощности реактора с целью поддержания заданного уровня и перехода с одного уровня мощности на другой; компенсация медленных изменений реактивности посредством частичного или полного введения в активную зону реактора делящегося материала.

При введении ТВС АРК поглотитель выходит из активной зоны, а его место занимает тепловыделяющая сборка. Подъем ТВС СУЗ высвобождает реактивность реактора за счет как уменьшения поглощения нейтронов, так и увеличения топлива в активной зоне. Поглощающая надставка представляет собой шестигранный чехол из нержавеющей стали с «черными» для тепловых нейтронов стенками. Внутри чехла размещены вкладыши из борированной ста-

ли, которые поглощают тепловые и частично эпитепловые нейтроны. Наличие воды внутри поглотителя усиливает поглощающий эффект кассеты. Погло* титель СУЗ служит как бы ловушкой нейтронов, быстрые нейтроны замедляются в воде и поглощаются бором, не выходя за пределы поглотителя; тепловые нейтроны при прохождении через стенки поглотителя поглощаются в борированных вкладышах. При извлечении всей кассеты из активной зоны остается шестигранная водяная полость, которая также выполняет роль ловушки нейтронов с 70 %-ной эффективностью поглотителя СУЗ. Этот эффект используется при перегрузке топлива: перед выгрузкой ТВС АРК вокруг нее извлекают две-три рабочие ТВС для создания водяных полостей, которые несколько компенсируют выгрузку поглотителя из активной зоны. Эффективность ТВС СУЗ во многом зависит от их расположения в активной зоне. По мере выгорания топлива в активной зоне и изотопа 10В в поглощающих надставках эффективность ТВС меняется. В активной зоне последних модификаций ВВЭР-440 находится 37 ТВС СУЗ, которые располагаются с большим шагом и смещены к периферии активной зоны.

Конструкция ТВС АРК представляет сочленение ТВС (рис 2.9) и поглощающей надставки (рис. 2.10). Конструкционно ТВС СУЗ выполнены аналогично рабочим кассетам. Головка и хвостовик ТВС АРК отличаются по назначению и конструкции от головки и хвостовика рабочих ТВС. Головка ТВС АРК служит для соединения с поглощающей надставкой, в ней отсутствуют подпружинные штыри и находится устройство для соединения. Хвостовики ТВС АРК имеют демпфирующее устройство, представляющее собой цилиндрическую трубу, имеющую радиальные отверстия и заглушенную в верхней части. Общая длина ТВС АРК в сборе 5700 мм, масса около 300 кг. 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..