Способы крепления ТВС в активной зоне (АЭС)

  Главная      Учебники - Энергетика     Конструирование основного оборудования АЭС (Будов В.М., Фарафонов В.А.) - 1985 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 АЭС. Конструкция ТВС реакторов, охлаждаемых жидким металлом

 

Способы крепления ТВС в активной зоне (АЭС)

 

 

 В активной зоне ТВС устанавливаются вплотную одна к другой, образуя, по возможности, правильный цилиндр (рис. 2.17). При проектировании крепления ТВС необходимо учитывать характеристики реактивности активной зоны. Важной особенностью активной зоны реактора на быстрых нейтронах является то, что в нормальном режиме она не находится в состоянии с наибольшей реактивностью, причем с уменьшением расстояния между ТВС реактивность возрастает. Поэтому регулирование расстояния между ТВС является важной задачей конструирования. Изменение реактивности может возникнуть из-за вибрационного колебания ТВС в потоке теплоносителя, изгибания ТВС за счет поперечных температурных градиентов. Амплитуда вибрационных колебаний головок ТВС допускается не больше 0,5 мм. Температурный градиент пропорционален мощно-

сти реактора, и при проектировании целесообразно предусмотреть крепления ТВС так, чтобы их изгиб с ростом мощности происходил наружу и приводил к отрицательному коэффициенту реактивности. Если конструкция крепления приводит к положительному коэффициенту, то он должен быть мал по сравнению с доплеровским коэффициентом для обеспечения суммарного отрицательного коэффициента реактивности по мощности.

В большинстве проектов реакторов на быстрых нейтронах принято крепление ТВС, позволяющее сделать мощностный коэффициент реактивности отрицательным. Это достижимо за счет свободного расположения сборок в реакторе — наиболее простого конструкционного решения, обеспечивающего к тому же надежное проведение перегрузочных операций. Основными недостатками свободного расположения сборок являются необходимость дополни-тельного увеличения объема активной зоны, т. е. загрузки топлива, а также возможность сближения сборок под действием внешних сил и как следствие появления положительной реактивности.

 

 

 

 

Рис. 2.17. Компоновка активной зоны реактора БН-600

 

 


При свободном расположении ТВС отклонение их от нормального положения увеличивается с увеличением расстояния от активной зоны до головки сборки. Если это отклонение становится слишком большим, то возникают трудности захвата ТВС при перегрузке и ввода регулирующих стержней. Для ограничения смещений, вызванных изгибом ТВС„ использует внешние ограничительные подпорки, которые выполняют функции сжатия сборок. Конструкции подпорок для каждого конкретного проекта различны, но обычно представляют обечайку с закрепленными на ней секторами, конфигурация которых повторяет наружный контур сборок, ограничивающими развал ТВС.

В английских реакторах PFR и CFDR активная зона разделяется на модули из шести-восьми ТВС, с соответствующими регулирующим стержнем СУЗ или опорной стойкой (рис. 2.18). В центре опорной стойки имеются пластинки, расположенные на уровне границы между активной зоной и нижней торцевой зоной воспроизводства. Каждая ячейка модуля имеет держатель ТВС, установленный в ячейку напорного коллектора. В каждом держателе имеются верхние и нижние подшипники, которые поддерживают опорные крестовины ТВС. Опорная стойка снабжена трубой, проходя-щей до верха активной зоны, которая обеспечивает направление для стержней СУЗ. Оси втулочных гнезд подшипников держателя смещены относительно друг друга так, что при установке ТВС направляющий штырь отклоняется и создает изгибающий момент в основании сборки. Этот изгибающий момент воспринимается на уровне нижнего торца топливного столба опорной стойки, жестко закрепленной в опорной конструкции активной зоны.

 



При таком сжатии ТВС активной зоны необходимо обеспечивать зазоры между сборками (выше уровня верхних торцов опорных стоек), а также между ТВС и конструкциями активной зоны,

 

не содержащими топливо. Возможное взаимодействие между ТВС не должно приводить к возникновению чрезмерных усилий при перегрузке топлива. Поэтому принимается во внимание возможный изгиб ТВС, обусловленный различными по сечению сборки радиационными распуханиями, а также термическими эффектами. Прогиб, обусловленный радиационным распуханием, зависит от материала чехла сборки и может быть больше по сравнению с термическим прогибом. Поэтому неправильный выбор материала чехло-вой трубы может позволить определить экономически выгодное расстояние между ТВС и исключить необходимость поворачивать их.

В реакторах CRFBR АЭС Клинч-Ривер предусмотрено гидравлическое устройство, сжимающее сборки к центру реактора при его работе и освобождающее их при перегрузке.

Независимо от способа крепления сборок в активной зоне реактора между ними выбирается зазор для обеспечения монтажа активной зоны и боковой зоны воспроизводства без заметных усилий и отсутствия значительных силовых взаимодействий ТВС при их распухании и изменении формы. Для обеспечения контролируемого зазора между ТВС обычно на шестигранной части головки располагаются платики толщиной, равной половине зазора.

Принципиально теплоноситель в активную зону* может подводиться как снизу — восходящее движение теплоносителя, так и сверху — нисходящее движение. Выбранное направление движения налагает определенные требования на конструкцию реактора и другие элементы установки, а также на компоновку теплообменного оборудования. Восходящее течение теплоносителя в активной зоне по сравнению с нисходящим обладает следующими достоинствами: направление течения совпадает с направлением естественной циркуляции; низкое давление в газовой полости реактора.

В связи с малой упругостью паров натрия максимальное давление в жидкометаллическом контуре определяется его гидравлическим сопротивлением, которое, как правило, не превышает 1 МПа. Избыточное давление в газовой полости реактора БН-350 равно 0,09 МПа пря гидравлическом сопротивлении первого контура 0,97 МПа. Низкое давление в газовой полости реактора значительно облегчает также обеспечение прочности и долговечности других важных узлов реактора: вращающихся пробок и гидрозатворов для их уплотнения, верхних перекрытий, уплотнений органов СУЗ и др.

Проще решаются вопросы перегрузки топлива, поскольку отсутствуют жесткие ограничение по размерам бака реактора в верхней части, что позволяет легче разместить соответствующие механизмы и увеличить объем теплоносителя над активной зоной для осуществления перестановок и транспортировок ТВС, имеющих остаточные тепловыделения, под уровнем теплоносителя.

Недостатки восходящего течения теплоносителя в активной зоне по сравнению с нисходящим являются менее существенными и сводятся к следующем: требуются дополнительные мероприятия, иск-лючающие всплытие ТВС под действием гидравлических усилий.

Характерные способы крепления ТВС приведены на рис. 2.19 и 2.20. На рис. 2.19 приведен механический способ удержания ТВС реактора «Энрико Ферми» и БР-5. Рисунок 2.20, а иллюстрирует способ, применяющийся на большинстве реакторов (БН-350, БН-600, «Феникс», «Супер-Феникс», IOYO и др.). Принцип гидравлического крепления сборок основан на балансе сил, обусловленных перепадом давления на ТВС, и собственного веса сборки. Коллектор, в который вставляется ТВС своими хвостовиками, образует зону давления и обеспечивает гидравлический баланс ТВС активной зоны и зоны воспроизводства.

Для гидравлического крепления также используется труба Вентури, где низкое противодавление сопла препятствует выбросу ТВС. Кроме того, имеются и другие способы, например в реакторе «Рапсодия» нижний конец ТВС механически соединяют с опорной плитой активной зоны с помощью пружинного фиксатора.

Приспособление для механического крепления сборок более надежно, но сложно, и в условиях высокотемпературного режима работы, характерного для реакторов на быстрых нейтронах, при большом градиенте выходной мощности поперек активной зоны возникает проблема, связанная с тепловым расширением деталей и их искривлением.

 



При гидравлическом способе крепления трудности возникают
 

при расчете оптимального баланса сил, направленных вертикально вверх и вниз.

Высокая температура теплоносителя и защитного газа в верхней части реактора ухудшает условия работы корпуса, приводных механизмов СУЗ, вращающихся пробок, уплотнений и механизмов перегрузки топлива.

Предпочтительным является восходящее течение, оно и применяется в реакторах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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