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

Конструкции ТВС водо-водяных энергетических реакторов АЭС

Чехловые перфорированные ТВС ВВЭР АЭС

 Переход от опытно-промышленных и серийных реакторов средней мощности к реакторам большой мощности ВВЭР-1000 проходил в основном за счет повышения эффективности использования внутрикорпусного объема, что выразилось в увеличении общей длины и поверхности твэлов. Увеличение мощности достигается также уменьшением неравномерности тепловыделения в активной зоне, повышением расхода теплоносителя через активную зону и ростом рабочего давления. Эффективность использования внутрикорпусного объема заключается также в переходе на одноярусные пучки поглощающих стержней в сочетании с химическим способом регулирования. Все мероприятия по повышению мощности реактора потребовали прежде всего изменения конструкции тепловыделяющей сборки. ТВС ВВЭР-1000 имеет большие габариты по сравнению с ТВС ВВЭР-440 и содержит 317 твэлбв стандартного диаметра, размещенных по треугольной решетке.

Ниже приведены характеристики твэлов ВВЭР-1000:

Размер оболочки твэлов, мм...............................9,1X0,65

Диаметр топливной таблетки, мм..................................7,53

Диаметр осевого отверстия в топливной таблетке, мм................1,4

Обогащение топлива, %

в двухлетнем цикле...............................3,3

в трехлетнем цикле....................................4,4

Масса загрузки UО2 в одном твэле, кг............. 1,565

Наружный чехол ТВС (Только в V блоке НВАЭС, в остальных реакторах этого класса чехол отсутствует) имеет перфорацию по всей длине активной зоны с целью организации перемешивания теплоносителя и выравнивания энтальпии по сечению активной зоны. Перфорированный чехол ТВС повышает также надежность охлаждения каждой ТВС в отдельности и активной зоны в целом в аварийных режимах, связанных с большой течью теплоносителя или частич-ным уменьшением проходного сечения ТВС. Перфорация занимает 25 % поверхности чехла; форма, площадь и расположение пазов на гранях выбираются из условия продольной устойчивости чехла и всей ТВС, так как чехол является основным силовым каркасом тепловыделяющей сборки. Пазы на гранях располагаются несимметрично, что позволяет уменьшить вероятность застревания ТВС при перегрузке, а также снижает прямое воздействие потока теплоносителя на твэлы соседних ТВС. Отверстия, соединяющие внутреннюю полость чехла с объемом между ТВС, не позволяют организовать гидравлическое профилирование активной зоны.

Рис. 2.9. ТВС АРК ВВЭР-440:
1 — головка с захватом под привод; 2 — твэл; 3 — дистанционирую-щая решетка; 4 — шестигранный чехол; 5 — хвостовик с цилиндром для демпфера
 

Рис. 2.10. Поглощающая надставка ТВС АРК:
1 — отверстия для прохода воды;
2 — шестигранная труба; 3 — вкладыш из бористой стали; 4 — хвостовик; 5 — ТВС

В активной зоне ВВЭР-1000 принято физическое профилирование, т. е. профилирование размножающих свойств по сечению активной зоны и ТВС. Профилирование по сечению активной зоны, т. е. снижение неравномерности тепловыделения, достигается оптимальным размещением ТВС различного обогащения в реакторе. Увеличение обогащения и размеров ТВС ВВЭР-1000 повышает неравномерность тепловыделения в ней. Например, в ТВС с топливом 4,41 % обогащения, коэффициент неравномерности для твэлов равен 1,22. Но благодаря постановке в периферийных рядах и в угловых местах следующего ряда твэлов топлива с 3,6 % обогащения коэффициент неравномерности снижается до 1,16. Профилирование размножающих свойств можно выполнить за счет добавки выгорающего поглотителя отдельными элементами в ТВС или непосредственно в топливо. Выравнивание тепловыделения обеспечивается также режимом перегрузки ТВС, когда свежее топливо загружается на периферию активной зоны с последующей перестановкой его в центр, откуда оно выгружается.

При конструировании необходимо учитывать неравномерность энерговыделения твэлов внутри ТВС, обусловленную водяным зазором между сборками, полой центральной трубкой, заполненной водой, а также влиянием соседних ТВС, имеющих иное обогащение или выгорание. Водяной зазор способствует повышению плотности потока тепловых нейтронов и энергонапряженности в периферийных твэлах. Особенно высока энергонапряженность твэлов в ТВС, расположенных на границе активной зоны, так как они одной или несколькими гранями обращены к воде. Для снижения энергонапряженности твэлов периферийных сборок в шахте реактора устанавливается выгородка, выполненная из листов нержавеющей стали. Выгородка служит также для дистанционирования периферийных ТВС и улучшения теплогидравлических характеристик этих сборок. Тепловая мощность реактора в значительной мере регламентируется допустимой энергонапряженностью твэлов в периферийных ТВС.

ТВС ВВЭР-1000 (рис. 2.11) представляет собой пучок твэлов, размещенных по треугольной решетке с шагом 12,76 мм. Внутри циркониевой оболочки твэла размером 9,1x0,65 мм располагаются таблетки топлива диаметром 7,53 мм из двуокиси урана с обогащением по 235U от 2 до 4,4%. Масса загрузки UО2 в одном твэле около 1565 г. Твэлы дистанционируются 15 решетками сото-вого (ячеистого) типа, закрепленными на центральном канале. Решетка представляет собой набор ячеек, приваренных друг к другу и заключенных в обод. На месте центральной ячейки установлена втулка для крепления решетки к центральной трубке. Крепление твэла осуществляется шплинтовкой в нижней решетке. Сама I решетка закрепляется в хвостовике ТВС. Осевые усилия в основ-
ном воспринимаются шестигранным перфорированным чехлом тол-щиной 1,5 и размером «под ключ» 238 мм. Высота ТВС с пучком
регулирующих стержней составляет 4665 мм. ТВС содержит
317 твэлов, 12 направляющих каналов для стержней регулирования, один канал для датчика замера энерговыделения и полую центральную трубку.

Рис. 2.11. ТВС ВВЭР-1000 (V блок НВАЭС):
1 — траверса регулирующих стержней; 2 — пэл; 3 — подпружинные штыри; 4 — головка ТВС; 5 — шестигранный перфорированный чехол; 6 — дистанционирующая решетка; 7 — твэл; 8 — хвостовик ТВС

В центре шестигранной головки ТВС находится цилиндрическая втулка, в которой крепятся 12 направляющих каналов для поглощающих элементов и канал для датчика замера энерговыделений. Втулка соединяется с шестью углами головки ТВС ребрами, в которых располагаются подпружинные штыри, служащие для зажатия сборки в реакторе, компенсации температурных расширений и технологических допусков. По граням головки расположены окна для выхода теплоносителя из ТВС.

Ниже приведены конструкционные характеристики ТВС

В 109 ТВС имеются подвижные регулирующие стержни, представляющие собой пучок из 12 пэлов, имеющие пружинные подвески на специальной траверсе. Траверса имеет захватную головку для соединения со штангой исполнительного механизма СУЗ. Пэл представляет собой трубку из нержавеющей стали 8,2 X 0,6 мм, заглушенную с обоих концов. Внутри трубки находится сердечник регулирующего стержня диаметром 7 мм, изготовленный из материала с большим сечением поглощения тепловых нейтронов — сплав алюминиевый + EU2O3. Высота столба поглощающего материала 3740 мм.

Ниже приведены характеристики регулирующего стержня и СВП ВВЭР-1000.

Регулирующие стержни предназначены для быстрого прекращения ядерной реакции в аварийных ситуациях, поддержания заданного уровня мощности, перехода с одного уровня на другой в автоматическом режиме и компенсации изменений реактивности перемещением поглотителя в активной зоне. Компенсация выгорания и медленных изменений реактивности производится варьированием концентрации борной кислоты в теплоносителе.

В 42 периферийных ТВС установлены стержни с выгорающим поглотителем (СВП) (1 % по массе естественного бора циркониевой матрицы). Они предназначены для выравнивания поля энерговыделения и снижения размножающих свойств у периферийных ТВС с обогащением топлива 4,4 % в начале кампании. Конструкционно пучок СВП и пучок пэлов выполнены идентично, но пучок СВП жестко закреплен в траверсе и не имеет пазов для соединения со штангой механизма СУЗ. Пучок СВП закреплен неподвижно в кассете вместо пучка пэлов. Высота столба выгорающего поглотителя в стержне 3500 мм.

ТВС располагаются в днище шахты, служащей для крепления и правильного размещения нижней части ТВС. Ориентация ТВС в плане однозначна и определяется посадкой в паз днища пальца на хвостовике сборки. Сверху головки ТВС прижимается решеткой блока защитных труб, в которых имеются дистанционирующие элементы, определяющие правильное положение рабочих ТВС. Дистанционирование 42 периферийных (нерегулируемых) TBC производится глухими втулками, закрепленными на нижней плите блока. Общее количество ТВС в активной зоне ВВЭР-1000 НВАЭС 151 шт., из них с регулирующими стержнями 109 шт. Все ТВС устанавливаются в реактор и извлекаются из него как вместе с регулирующими стержнями и пучками СВП, так и без них.

Головка, хвостовик, опорные и дистанционирующие решетки ТВС изготовлены из нержавеющей стали, а шестигранные чехлы и направляющие каналы выполнены из циркониевого сплава.

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