Расход теплоносителя, т/с 8.29

В конструкции активной зоны и внутрикорпусных устройств предусматривается размещение органов регулирования и компенсации избыточной реактивности. В отечественных водо-водяных реакторах первого поколения используются подвижные поглощающие сборки. В серийном варианте ВВЭР-440 общее число сборок равно 349, из них 37 поглощающие. В поглощающих сборках размещены боросодержащие элементы, являющиеся сильными поглотителями. Дополнительно для компенсации избыточной реактивности в водо-водяных реакторах используется жидкостное борное регулирование. Перегрузка топлива в таких реакторах производится после отключения нагрузки и остановки реактора. Перегрузка реактора этого типа на ходу трудноосуществима.

1.3 Конструкции тепловыделяющих элементов.

ТВЭЛы и ТВС ядерного реактора — один из наиболее ответственных его узлов. Они находятся в зоне максимальных температур и облучения и работают в наиболее тяжелых условиях. В то же время выход из строя (разгерметизация ТВЭЛ) приводит к опасным последствиям - выходу радиоактивных продуктов деления в контур теплоносителя. Поэтому одна из основных задач при конструировании ядерного реактора - создание надежных ТВЭЛ.

Конструкция и материалы ТВЭЛ и ТВС должны обеспечивать их надёжную работу при высоких плотностях энерговыделения и при больших глубинах выгорания. ТВЭЛ также выполняют функции барьеров безопасности, предотвращающих выход высокоактивных продуктов деления в теплоноситель.

При выборе конструкции ТВЭЛ и его размеров необходимо учитывать следующие соображения:

1) чем больше отношение поверхности к объёму, тем меньше напряжён­ность единицы поверхности ТВЭЛ;

2) с возрастанием отношения поверхности к объёму ТВЭЛ уменьшаются
размеры активной зоны, но одновременно возрастает доля конструкционных
материалов, снижаются прочностные и вибрационные характеристики ТВЭЛ;

3) поперечные размеры ТВЭЛ должны уменьшаться с увеличением температуры теплоносителя и тепловых потоков, а также с уменьшением теплопроводности топлива;

4) конструкция и размеры ТВЭЛ существенно влияют на параметры
размножающей среды и загрузку топлива в реактор.

В зависимости от геометрической формы различают ТВЭЛы: блочковые, стержневые, кольцевые, трубчатые, пластинчатые, ленточные, шаровые, призматические. Чаще всего применяются ТВЭЛ ы стержневой и трубчатой формы (реже пластинчатые) в оболочках из сплавов на основе алюминия, железа, циркония, а высокотемпературные ТВЭЛ ы - в керамической оболочке.

Обычно ТВЭЛ состоит из топливного сердечника, оболочки, отделяющей сердечник от теплоносителя и замедлителя, и концевых деталей, герметизирующих полость сердечника. Внутри оболочки предусматривают свободные объёмы для компенсации разности термических расширений сердечника и оболочки и для сбора газообразных продуктов деления. Для металлического урана этот зазор необходим ещё для компенсации увеличения объёма при работе. Обычно зазор не превышает (0,05-0,2) мм. Для улучшения теплопередачи зазор заполняют газами или жидкими металлами. Кроме радиального зазора, необходимо предусмотреть газовые полости, в которых накапливаются газообразные продукты деления (в основном, атомы ксенона и криптона). Эти полости могут быть выполнены в виде осевого зазора, расположенного на конце ТВЭЛ (за пределами активной зоны), или в виде отверстия по центру сердечника, распределенного по длине, либо в форме углублений на стыках таблеток, из которых состоит сердечник.

Выбор типа ТВЭЛ и его размеров целесообразно проводить по прототипам. В данной работе выбран ТВЭЛ стержневой формы с наружным охлаждением, прототипом служил ТВЭЛ реактора ВВЭР-440 (см. рисунок 1.1).

1.4 Ядерное топливо

Как уже отмечалось выше, ТВЭЛ состоит из топливного сердечника, размещаемого в герметичной оболочке. В водо-водяных реакторах в качестве ядерного топлива используется диоксид обогащенного урана (UO₂). Недостаток диоксида урана - его сравнительно низкая теплопроводность, что приводит к большим градиентам температур по сечению топливной таблетки. Это в конечном итоге влияет на прочностные характеристики ТВЭЛ. Однако, предельно допустимая температура такого сердечника составляет около 2800 °С и соответствует точке плавления UO₂. Надо отметить, что до температуры плавления диоксид урана не имеет никаких фазовых переходов.

Топливные таблетки изготавливаются из порошка UO₂ методом спекания в форме цилиндров размером по высоте 2-3 диаметра. Таблетки, как правило, имеют центральное отверстие диаметром 1.4-1.6 мм, которое служит дополнительным объемом для скопления газообразных продуктов деления и несколько снижает температуру в центре.

Металлическое урановое топливо наиболее выгодно, т.к. при большом содержании элемента с делящимся нуклидом, высокой плотности и хорошей теплопроводности оно позволяет получать большую энергонапряженность в активной зоне. Однако ему присущие ряд серьёзных недостатков: малые допускаемые выгорания из-за значительного измерения размеров и геометрической формы вследствие фазового перехода из -фазы и -фазы, наступающего при 662°С, ограничения по рабочей температуре, обусловленные радиационным ростом и газовым распуханием, интенсивное коррозионное взаимодействие при контакте с водой, паром, углекислым газом приводит к тому, что металлическое топливо имеет ограниченное применение.

Для преодоления указанных недостатков применяют легирование урана молибденом. Сплавы урана с высоким содержанием молибдена (9-10% по весу), кроме того, имеют улучшенную коррозионную стойкость при повышенной температуре и большую устойчивость в условиях радиационной и тепловой нагрузки. Из-за очевидных недостатков металлического топлива в последние годы в энергетических реакторах широко используется керамическое топливо. В настоящее время ведутся работы по использованию МОХ-топлива в энергетических реакторах. Применение МОХ-топлива в тепловых и быстрых реакторах объясняется тем, что мировые запасы U²³⁵ ограничены и обеспечение топливом ядерной энергетики на длительный период невозможно без привлечения других делящихся (воспроизводящих) материалов.

1.5 Материалы оболочек тепловыделяющих элементов.

Так как оболочки ТВЭЛ работают в наиболее трудных условиях одновременно длительного воздействия высоких температур и полей облучения, тепловых потоков, давления, коррозионного действия теплоносителя, топлива и продуктов деления к ним предъявляют жёсткие требования:

а) малое сечение поглощения нейтронов;

б) механическая прочность и неизменность формы под действием; температурного и радиационного воздействия;

в) высокая теплопроводность;

г) коррозионная и эрозионная стойкость в теплоносителе и совместимость с ядерным топливом;

д) материал оболочки ТВЭЛ не должен взаимодействовать с ядерным топливом и теплоносителем во всем диапазоне рабочих температур.

Оболочки ТВЭЛ для водо-водяных реакторов изготавливаются из металлических трубок, выполненного из сплава на основе циркония. Трубки, заполненные таблетками из диоксида урана с торцов, герметизируются стальными наконечниками. Наконечники соединяются с циркониевой трубкой специальной сваркой. Внутренняя полость ТВЭЛ заполняется инертным газом гелием под небольшим давлением. Это, в частности, позволяет вести контроль герметичности оболочек. Сохранение герметичности ТВЭЛ предотвращает выход продуктов деления в теплоноситель.

В данном курсовом проекте в качестве оболочки используется сталь марки IXI8H9T. Состав стали IXI8H9T следующий: железо - 70,7%, хром - 18%, никель - 9%, титан - 0,8%, марганец - 1,5%. Плотность стали - 7,884 г/см³. Толщину стальной оболочки выбирают, исходя из условий обеспечения достаточной прочности. Она составляет 0,2-0,6 мм. Нержавеющие стали обладают высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, хорошими технологическими свойствами. Сталь этой марки относится к хромоникелевым нержавеющим сталям. Эта сталь показала хорошую совместимость с различными видами ядерного топлива.

1.6 Топливные кассеты и сборки.

Кассета - это строго определенное количество ТВЭЛ, конструктивно объединенных между собой, с обеспечением условий эффективного тепловыделения и теплоотдачи, а так же оперативной замены, предусмотренной правилами эксплуатации.

Кассета состоит из следующих частей:

1) Рабочая часть - ТВЭЛ ы, свободно размещенные в узлах дистанцирующих решеток;

2) Несущий каркас - состоит из продольных труб (или одной трубы) с поперечными дистанцирующими решетками. Размеры и конструкция каркаса определяется расчетной долей конструкционного материала в активной зоне реактора;

3) Концевые детали - головка и хвостовик, служащие для захвата при перегрузке и крепления в активной зоне;

4) Тонкостенный чехол служит для направления движения теплоносителя и позволяет регулировать его расход по кассетам, если это требуется.

Если кассета размещена в отдельном канале, то чехол не требуется, и она представляет собой тепловыделяющую сборку (ТВС).

Несущий каркас ТВС может быть выполнен в виде центральной несущей трубы с закрепленными на ней дистанцирующими решетками. В трубе при этом могут размещаться датчики СУЗ, либо дросселирующие вставки, регулирующие расход теплоносителя в межтвэльном пространстве.

ТВС реактора ВВЭР-440 состоит из верхней головки, корпуса и хвостовика. Корпус шестигранной формы размером под ключ 144 мм. Толщина стенки корпуса ТВС, выполненной из сплава циркония, - около 2 мм. Внутри шестигранной трубы имеются две концевые решетки, в которых закрепляются своими концами стержневые ТВЭЛы.

В данном курсовом проекте в качестве прототипа ТВС взята ТВС реактора ВВЭР-440. Стенка корпуса ТВС сделана из стали марки IXI8H9T. Толщина стенки корпуса равна 1.5 мм. Ячейка проектируемого реактора приведена на рисунке 1.2.

Поиск по сайту: