反应堆结构设计（杜圣华）

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1、第四章AP1000反应堆结构设计杜　圣　华上海核工程研究设计院2008年7月目　录4.1堆芯结构设计4.2反应堆堆内构件4.3反应堆压力容器及一体化顶盖4.4反应性控制及控制棒驱动机构4.5反应堆本体配套部件4.1堆芯结构设计AP1000堆芯由157个燃料组件，69束控制棒，几十个可燃毒物和阻力塞组件及4个中子源组件，构成等效直径为3.04m，活性区高度为4.267m的核裂变反应区。图4.1.1堆芯布置功能：实现核燃料裂变并将核能转化为热能，既是释放能量，又是强放射性源。燃料棒包壳是放射性裂变产物的首道屏障。燃料组件栅格排列保持核设计中堆芯水铀体积比。图4.1.1堆芯布置组件结构可为控制

2、棒、可燃毒物、中子源、阻力塞和中子探测提供导向，插入和冷却条件。组件结构为冷却剂流动和带出热量分布均匀。燃料组件为安全三级，抗震类别为SSE，质量等级为QA1级。设计准则：在冷却剂压力，温度下燃料棒包壳必须自立设计寿期内，燃料棒不应发生蠕变坍塌设计寿期内棒内部气体压力低于冷却剂工作压力最热燃料芯块中心温度低于二氧化铀燃耗相应熔点包壳有效应力不超过材料辐照后屈服强度包壳周向弹性加塑性拉伸应变不超过1%燃料棒包壳累积应变疲劳因子低于设计应变疲劳寿命包壳均匀腐蚀深度或磨蚀深度小于包壳壁厚的10%燃料组件承受I、II类工况下流体引起振动，压力波动流动不稳定引起作用燃料组件为控制棒提供通道，缓冲和

3、冲击燃料组件为容纳相关组件并提供足够冷却燃料组件在堆内能承受横向和轴向载荷，其变形在限值之内不发生失稳组件结构设计：国外压水堆高性能燃料组件的开发按17×17-25型排列主要有三种结构型式：法国的AFA－3G,西屋Performavce+和西门子动力公司的HTP。图4.6.2，4.6.3，4.6.4。结构材料：（1）活性段结构材料包括燃料棒包壳、导向管、通量管和定位格架。采用吸收中子少，耐腐蚀，低辐照生长和低蠕变的新型锆合金：ZiRLo，M5,ELS-DUPLex锆合金。（2）非活性段材料上下管座为304不锈钢，弹簧为低钴因科镍－718合金。结构形式（1）定位格保护格架，中间格架，端部格

4、架，要求吸收中子少的锆合金条带，带导向翼，中间格架有搅混冷却功能，冲制成形，激光焊接。（2）导向管带水力缓冲器，上、下可拆结构图4.1.2法国AFA－3G燃料组件图4.1.3西屋P＋燃料组件（3）上、下管座上管座：优化上管座弹簧压紧力，改进流水孔孔型下管座：过滤异物上下管座，均为可拆连接件（4）燃料棒细棒径9.59mm，大晶粒UO2芯块。表4.1国外四种型号高性能燃料组件参数表4.2国外四种型号高性能燃料组件参数表4.1国外四种型号高性能燃料组件参数比较类型项目AFA－3GVantage+Performance+HTP几何尺寸：栅元排列17×1717×1717×1717×17燃料棒

5、直径mm9.5×0.579.5×0.579.5×0.579.5×0.57燃料棒数264264264264中子测量管数1111导向管数24242424棒栅元距cm1.261.261.261.26组件间距cm21.50421.50421.50421.504组件边长cm21.40221.40221.40221.402芯块直径mm8.198.198.198.19芯块高度mm13.513.513.513.5燃料棒长度cm385.15－448.8385.15－448.8385.15－448.8385.15－448.8结构材料：包壳材料M5ZrRLTMZiRLOTMELS-DoPLEX

6、合金导向管材料Zr-4Zr-4ZiRLOTMZiRLOTM定位格架材料Zr-4-InconelZr-4Zr-4-InconelZr-4-Inconel搅混格架材料Zr-4-InconelZr-4Zr-4-InconelZr-4-Inconel端部格架材料InconelInconelInconelInconel上、下管座材料304304304304表4.2国外四种型号高性能燃料组件参数比较类型项目AFA－3GVantage+Performance+HTP定位格架形式双金额格架双金额格架双金额格架双金额格架中间格架数6-7（14英寸）6-7（14英寸）6-7（14英寸）6-7（14英寸）交混

7、格架数3-43-43-43-4端部格架数2222保护格架/上、下管座：上管座形式板弹簧可拆结构板弹簧可拆结构板弹簧可拆结构板弹簧可拆结构下管座形式方孔形滤网小圆孔形滤网小圆孔形滤网曲板滤网可燃毒物：材料Gd2O3Gd2O3ZrB2Gd2O3形式UO2+Gd2O3芯块UO2+Gd2O3芯块TFB芯块燃耗深度：堆芯平均卸料燃耗45000MWd/TU45000MWd/TU45000MWd/TU燃料燃耗限值55000MWd/TU55000M