1.4. Конструкционные схемы кассет и технологических каналов

Рабочая кассета (рис. 1.5) реактора ВК-50 представляет собой пучок, состоящий из 127 стержней 1 наружным диаметром d_т = 10,2 мм каждый, расположенных по треугольной решетке, с шагом S₁ = 15,1 мм. Стержни-твэлы 1 помещены в шестигранную внешнюю обечайку 2 толщиной δ=2 мм. Расстояние между внешними гранями соседних кассет представляет собой технологический зазор δ₁ = 3 мм. Высота топлива в твэле L_тп=2000 мм. Топливные таблетки 4 помещены в цилиндрическую оболочку 3, герметично закрытую с обеих сторон хвостовиками 5. Наружный диаметр таблеток ядерного топлива d_тп=9,4 мм. Между внешними цилиндрическими поверхностями топливных таблеток и внутренней поверхностью цилиндрической оболочки твэла имеется зазор шириной 0,1 мм, заполненный инертным газом. Этот зазор защи-

Рис. 1.5. Схема кассеты и твэла реактора ВК-50

щает тонкостенную оболочку от механического внутреннего воздействия массы топлива.

Суммарное число стержней т в кассете определяется числом рядов п:

в однорядной кассете т=1+6 · 1;

в двухрядной кассете т= 1+6 (1+2);

в трехрядной кассете т=1+6 (1+2+3);

в кассете, имеющей n рядов,

m=l+6(l+2+3+...+n), (1.1)

где 1+2+3+...+ п = п — сумма арифметической

прогрессии.

С учетом последней зависимости формула для суммар-ного числа стержней шестигранной кассеты примет вид

m=l+3n+3n². (1.2);

На рис. 1.5 дана схема двухрядной кассеты. В рабо-чей кассете реактора ВК-50 с т = 127 число рядов п = 6. Размер одной грани кассеты а определяется числом рядов п и шагом расположения твэлов S₁:

a=nS₁+(S₁— d_т/2)+δ = (n+l)Si+δ—d_т/2. (1.3)

Размер «под ключ» S равен двум высотам равносто-роннего треугольника, у которого сторона равна а:

a² = (a/2)² + (S/2)². (1.4)

Из (1.4) получаем

. (1.5)

Полная площадь шестигранной кассеты равна шести площадям равностороннего треугольника:

, или (1.6)

Сечение кассеты, занятое теплоносителем, равно полной площади сечения за вычетом сечения, занятого всеми стержнями, и сечения, занятого внешней обечайкой:

(1.7)

Площадь технологического зазора, прилегающего к ше-сти граням кассеты, можно определить как площадь пояса толщиной, равной половине технологического зазора:

F_з=3aδ₁. (1.8)

Полная площадь ячейки кассеты равна сумме площадей F и F₃:

(1.9)

Сечение, занятое теплоносителем в ячейке, равно сумме сечений F_т и F_з:

F_т.я=F_т+F_з. (1.10)

Если в кассете все стержни заполнены топливом, то сечение кассеты, заполненное топливом, определяется по формуле

F_т=mπd²_тп/4. (1.11)

Иногда в рабочих кассетах центральный стержень делают полым и устанавливают в него датчики для замера профиля нейтронного потока. В этом случае число твэлов с будет меньше числа стержней т. Следовательно, сечение кассеты, заполненное топливом,

F_т = сπd_mп²/4.

При известных значениях F_т.я и F_т можно определить во-доурановое отношение в ячейке кассеты:

æ =F_т.я/F_т. (1.12)

Уравнение (1.12) справедливо при условии, что высота загрузки топлива во всех твэлах одна и та же и равна высоте заполнения ячейки теплоносителем. Это условие имеет место в корпусных водо-водяных ядерных реакторах. Во-доурановое отношение, считается приемлемым, если æ =

=1÷3.

Рис. 1.6. Схема технологического канала и тепловыде-ляющего элемента реактора РБМК

Активная часть технологического канала реактора РБМК (рис. 1.6), расположенная в активной зоне, представляет собой трубу 1 наружным диаметром 88 мм с толщиной стенки 4 мм, изготовленную из цирко-ниевого сплава.

В капал устанавливается тепловыделяющая кассета, представляющая собой две последовательно соединенные ТВС с активной высотой топлива L_тп = 3477 мм каждая.

ТВС состоит из 18 стержневых твэлов 2, которые крепятся с по- мощью стальных дистанционирующих решеток на центральной трубе 3, изготовленной из циркониевого сплава, размером 15Х 1,25 мм. Внутри этой трубы проходит несущий стержень диаметром 12 мм.

Твэл 2 представляет собой трубу 4 наружным диаметром d_т = —13,6 мм с толщиной стенки 0,9 мм, изготовленную из циркониевого сплава и заполненную таблетками 5 диаметром d_тп = ll,5 мм из двуокиси урана с обогащением 1,8 %- или 2 %-ным ураном-235. Внутренняя полость твэла при изготовлении заполняется смесью аргона и гелия и герметизируется концевыми хвостовиками 6 с помощью электроннолучевой сварки. В исходном холодном состоянии имеется зазор шириной 0,1 мм между внутренней полостью трубки твэла и наружными поверхностями таблеток горючего. Этот зазор ликвидируется при нагревании таблеток, тем самым предотвращается внутреннее воздействие массы топлива на стенки трубы.

Зазор между двумя ТВС составляет 20 мм, при нагревании твэлов он ликвидируется, поскольку жесткое крепление твэлов в ТВС осу-ществляется в верхней и нижней концевых решетках кассеты. Для обеспечения теплового контакта технологического канала с блоками графитовой кладки на трубу надеты графитовые кольца 7.

Глава вторая

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СХЕМЫ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ