Бесчехловые ТВС ВВЭР АЭС

Конструкции ТВС водо-водяных энергетических реакторов АЭС

Бесчехловые ТВС ВВЭР АЭС

Общей тенденцией в разработке ВВЭР является повышение и в то же время оптимизация единичной мощности, увеличение КПД, повышение надежности отдельных узлов и безопасности эксплуатации, а также введение стандартизации и унификации основных узлов и механизмов, что является выгодным-и целесообразным не только при изготовлении оборудования на машиностроительных заводах, но и при эксплуатации, производстве ремонтных работ, изготовлении запасных частей. Кроме того, стандартизация и унификация узлов и основных механизмов приводят к повышению качества оборудования.

Со времени пуска в эксплуатацию АЭС с ВВЭР как у нас в стране, так и за рубежом конструкции ТВС претерпели значительные изменения. На первоначальном этапе проектирования и эксплуатации ТВС были с защитной оболочкой, т. е. чехловые (типа ВВЭР-440), затем появились сборки с перфорированным чехлом. В настоящее время на всех проектируемых и строящихся АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 преимущество отдано бесчехловым ТВС.

Бесчехловые ТВС позволяют решить следующие вопросы:

1) улучшить перемешивание теплоносителя в активной зоне;

2) уменьшить зазор между соседними ТВС, что позволяет разместить в одном и том же объеме корпуса большее количество ТВС, тем самым увеличить мощность реактора; 3) снизить неравномерность энерговыделения за счет плотной упаковки твэлов; 4) уменьшить гидравлическое сопротивление ТВС; 5) повысить надежность охлаждения в аварийных режимах, связанных с течью теплоносителя за счет поперечной растечки воды из системы аварийного охлаждения; 6) увеличить количество регулируемых стержней на одну ТВС с целью повышения прочностных свойств силового каркаса сборки и снижения количества приводов СУЗ; 7) снизить количество дорогостоящего материала (циркония), применяемого в ТВС.

Отечественные ТВС для ВВЭР унифицированы и имеют шестигранное поперечное сечение (рис. 2.12). Зарубежные ТВС в основном стандартизированы и имеют в поперечном сечении квадрат. Конструкции ТВС как шестигранного, так и квадратного сечения имеют принципиально одинаковое решение и в основном состоят из пучка твэлов, головки, хвостовика и несущего элемента, соединяющего головку с хвостовиком. Несущим элементом ТВС является каркас направляющих труб, воспринимающий осевые усилия, действующие на ТВС. Направляющие каналы для регулирующих стержней могут располагаться в центре сборки, вокруг твэлов по периферии, а также равномерно по сечению. Количество и диаметр направляющих труб рассчитывают, исходя из эффективности, регулирующих стержней, прочностных свойств каркаса| Направляющие трубы закрепляются на головке ТВС обычной сваркой, а на нижней решетке — посредством механического соединения (например, шплинтующей проволокой) и сварки.

Твэлы в ТВС закреплены в строго определенных местах с помощью дистанционирующих и крепежных элементов. Конструкции этих элементов и материалы, используемые для различных реакторов, разнообразны. Твэлы в шестигранной ТВС обычно расположены по треугольной разбивке, а в квадратной — по квадратной разбивке. Дистанционирование стержневых твэлов осуществляется решетками различного типа. В отечественных проектах используются решетки сотового (ячеистого) типа. Она представляет собой набор ячеек, приваренных друг к другу и заключенных в обод, имеющий углубления, для исключения возможности зацепления соседней сборки при разгрузке-выгрузке. Центральная ячейка заменена втулкой для крепления решетки к центральной трубке. Центральная трубка кроме крепления дистанционирующих решеток служит также каналом для датчика замера энерговыделения.

На зарубежных АЭС применяются проволочные и жесткопаянные дистанционирующие решетки, которые в настоящее время заменяются на сотовые решетки или решетки вида «упаковки для яиц», в которых каждый твэл фиксируется поперечной пружиной. Пружины зажимают твэлы, препятствуя их вибрации, однако не мешая осевому перемещению оболочки при ее температурном расширении.

Рис. 2.12. Бесчехловая ТВС ВВЭР:
1—траверса регулирующих стержней; 2— пэл; 3 — подвижная часть головки; 4 — направляющая труба пэлов; 5 — пружина; в — неподвижная часть головки; 7 — отверстия для прохода теплоносителя; 8 — дистанционирующая решетка; 9 — твэл; 10 — опорная нижняя решетка; 11 — хвостовик

Опорой для пучка твэлов и направляющих каналов служит нижняя решетка, представляющая собой сильно перфорированную плиту с круглыми отверстиями, расположенными согласно разбивке

твэлов, и отверстиями, обычно произвольной формы, для прохода теплоносителя. Круглые отверстия служат для крепления концевиков твэлов.

Нижняя решетка через систему подкрепляющих ребер соединяется с хвостовиком ТВС. В зарубежных проектах хвостовики ТВС имеют форму либо поперечного сечения, либо цилиндрическую. В отечественных проектах нижняя часть хвостовика ТВС обычно имеет форму цилиндра. ТВС устанавливается в ячейку дни-г ща шахты цилиндрической частью хвостовика, опираясь шаровой поверхностью перехода шестигранника в цилиндр на конусную часть ячейки. Согласно картограмме активной зоны для расчетной ориентации ТВС в плане на ее хвостовике имеется фиксирующий штырь.

Головка бесчехловых ТВС состоит из неподвижной части, которая приваривается к каркасу направляющих труб, и подвижной. Между неподвижной и подвижной частями устанавливаются пружины, обычно фиксируемые направляющими трубами для зажатия сборки в реакторе, компенсации температурных расширений узлов ТВС и технологических допусков изготовления TBC. В конструкции головки ТВС предусматривается подпружинный шток для частичного демпфирования падения пучка регулирующих стержней при срабатывании аварийной защиты. Подпружинный

шток также исключает возможность выхода из строя общей траверсы регулирующих стержней при возможном несовпадении направляющих каналов в ТВС и блоке защитных труб. Предварительное поджатие пружин выбирается из условия удержания кассетами блока защитных труб.

Для аварийной остановки реактора, автоматического поддержания мощности на определенном уровне и перевода с одного уровня мощности на другой, компенсации быстрых изменений реактивности, выравнивания поля энерговыделений применяются регулирующие стержни — пэлы.
Пучок пэлов обычно собирается из 15—20 стержней, увеличение количества стержней в одной ТВС приводит к уменьшению приводов СУЗ, что уменьшает удельную затрату металла на единицу вырабатываемой мощности. Твэлы крепятся на пружинных подвесках общей траверсы регулирующих стержней. Оболочка поглощающего элемента, как правило, изготовляется из нержавеющей стали наружным диаметром на 0,8—1 мм меньше диаметра твэла, для того чтобы не увеличивать диаметр направляющего канала. Поглощающий материал, обычно карбид бора (В4С), заполняет оболочку, которая глушится концевыми деталями.

С целью выравнивания поля энерговыделения в периферийные
- ТВС реактора устанавливаются пучки СВП. Конструкция пучка СВП аналогична конструкции пэла, оболочки СВП выполняются из циркониевых сплавов с диаметром, примерно равным диаметру твэла, и заполняются выгорающим поглотителем с концентрацией бора до 0,8 % массы основного материала, обычно циркония. Стержни СВП крепятся без пружинной подвески и устанавливаются неподвижно. Для охлаждения поглощающих элементов органов регулирования и СВП организован поток теплоносителя внутри направляющих каналов при помощи отверстий, просверленных в наконечниках каналов.

Надежность и безопасность ТВС при эксплуатации, в частности бесчехловых, обеспечивается конструкционными мерами: твэлы в сборке закреплены так, что имеют возможность свободного температурного роста; твэлы жестко крепятся в нижней опорной решетке для исключения осевого перемещения; дистанционирующие решетки, расположенные через 225—250 мм по высоте пучка, препятствуют возникновению вибрации твэлов и их соприкосновению; контроль плотности нейтронного потока в активной зоне осуществляется датчиками замера энерговыделения, размещенными в центральном канале ТВС; ТВС надежно зажаты в реакторе за счет размещения в головке достаточного количества (до 18) пружин. Выход из строя одной-двух пружин существенно не повлияет на усилия зажатия сборки.

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