压水堆本体结构设计及其重型构件的制造

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1、第二章压水堆本体结构设计及其重型构件的制造9/19/2021返回结束放映第一节压水堆本体结构简介第二节堆芯第三节堆内构件第四节堆内构件设计准则第五节反应堆压力容器及控制棒驱动机构第六节防止堆内构件振动的可靠性措施第七节压力容器与堆内重型构件的制造工艺9/19/2021第一节压水堆本体结构简介本章主要阐述压水堆本体的结构、功能、工作原理、工作条件及设计要求。压水堆本体简化结构如图所示，它是由堆芯、堆内构件、反应堆压力容器、控制棒驱动机构等组成的。它座落在核岛安全壳大厅的下部中央。返回9/19/2021下一页

2、压水堆本体结构图9/19/2021结构图下一页从这个结构图可以看出：堆芯是反应堆内能进行可控链式裂变反应的活性区，它是产生热功率的源泉，它的形状是一个圆柱形几何体。堆芯是由上百个横截面呈正方形的燃料组件构成的。燃料组件按一定间距竖立在堆芯下栅格板上，它使组成的堆芯近似于圆柱状；堆芯的重量通过(转下页）9/19/2021结构图说明(续上页）下栅格板及吊篮由反应堆压力容器支持。堆芯的尺寸可根据压水堆的功率水平和燃料组件装载数而定。热功率为3800ＭＷ的压水堆堆芯直径可达3.6ｍ。堆芯的活性段高度通常在3.6～

3、4.3ｍ左右。轻水冷却剂从反应堆压力容器上部的进口接管进入，先沿着堆芯吊篮与反应堆压力容器内壁之间的环状间隙向下流，在这过程中冷却吊篮、热屏蔽层和反应堆压力容器壁，到达反应堆压力容器底部后，改变方向向上流经堆芯时，带走核裂变反应产生的热量。高温冷却剂从反应堆压力容器的出口接管流出堆外，在蒸汽发生器里把二回路给水加热成蒸汽，去推动汽轮机运转，进而带动发电机发电。下面从堆芯开始，由里向外，对压水堆本体结构逐层进行研究。上一页返回9/19/2021第二节堆芯压水堆堆芯由燃料组件、控制棒组件和堆芯相关组件等组成。

4、这些堆芯组件由上、下栅格板和堆芯围板包围起来后，放在吊篮筒体的下部，吊篮筒体吊挂在堆的冷却剂进、出口接管上方压力容器的凸肩上（见图2－１）。堆芯设计的好坏对核岛的安全性、经济性和先进性有很大的影响。一般来说，它要满足下述基本要求：一、燃料棒和燃料组件：１．燃料棒２．燃料组件二、控制棒组件：１．控制棒的形状２．控制棒组件的结构与特点三、堆芯相关组件：１．中子源组件２．可燃毒物组件３．阻力塞组件堆芯各组件的布置方案如图２－７所示。返回9/19/2021结构图返回9/19/2021堆芯设计基本要求返回1.堆芯功

5、率分布应尽量均匀,以便使堆芯有最大的功率输出;2.尽量减少堆内不必要的中子吸收材料,以提高中子经济性;3.有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力;4.有较长的堆芯寿命,以适当减少换料操作次数;5.堆芯结构紧凑,换料操作很简易方便.9/19/2021燃料棒目前，压水堆和重水堆都采用棒束型燃料元件。采用ＵＯ2芯块和锆合金包壳的燃料棒，按一定间隔组成棒束组件，但压水堆采用富集铀，重水堆采用天然铀。压水堆所用的燃料棒结构如图２－２所示。它由燃料芯块、燃料包壳、压紧弹簧、隔热片和端塞等组成。在设计燃料棒时，芯块与包

6、壳之间应留有径向和轴向间隙。径向间隙用来补偿燃料芯块的辐照肿胀和芯块与包壳间由于温差而引起的膨胀。轴向间隙除了起补偿作用外，还用来贮存燃料释放出来的裂变气体，如氪和氙。此外，为了降低运行过程中包壳的内外压差，防止包壳的蠕变塌陷和改善燃料元件的传热性能，现代的燃料棒设计都采用了预充压技术，即在在包壳内腔预先充有3.5ＭＰa的惰性气体氦。当燃料棒工作到接近寿期终了时，包壳管内氦气加上裂变气体的总压力应同包壳管外压力（冷却剂工作压力15.5MPa以及停堆换料时的一个大气压力）相匹配，防止包壳破损。返回9/19/

7、2021燃料棒示图返回9/19/2021燃料芯块核电厂反应堆几乎都以ＵＯ2陶瓷体为燃料，其235Ｕ的富集度为2～4％，陶瓷芯块的直径一般在6～10mm范围内。燃料芯块的高度不宜过大，高度／直径一般在1.5范围内为宜。这样可以限制芯块过大而引起的收缩变形。芯块两端做成凹碟形，以便补偿中心部位较大的热膨胀，减少包壳可能产生的轴向变形。返回9/19/2021包壳包壳用锆－４合金冷轧而成。为防止高燃耗下管子的蠕变塌陷，包壳的壁厚比过去的略有增加，以提高包壳的强度。返回隔热片燃料组合体两端装的Ａl2Ｏ3陶瓷材料片，

8、称为隔热片，用来减少芯块的轴向传热，从而减少端塞的热应力。9/19/2021压紧弹簧端部的压紧弹簧用来防止燃料棒在运输、吊装和运行过程中芯块的移动，一般用Ｉnconel合金制造。返回端塞燃料棒上、下两端有锆－４合金制作的端塞，用来密封元件并起吊耳和支承作用。9/19/2021燃料组件燃料组件由燃料棒、下管座、上管座、控制棒导向管、定位格架、压紧弹簧等几个部件组成。如图２－３所示。上述各部分分别组装好后，将24根控制棒导向管和1