Компоновка ядерного реактора
Водо-водяной реактор является наиболее распространенным типом благодаря небольшим габаритам активной зоны и реактора в целом, высокой надежности и безопасности, обработанности технологии изготовления их отдельных элементов, простоте эксплуатации. Реактор гетерогенный, т.к. ядерное топливо используется в виде блоков, расположенных среди замедлителя и составляющих правильную (треугольную) решетку.
В водо-водяных реакторах вода выполняет функции замедлителя и теплоносителя. Нижеприведенные принципы реализованы в конструкции реактора ВВРД, представленного на рис. 7.1:
- вход и выход теплоносителя из реактора осуществляется выше активной зоны, что позволяет выполнить его нижнюю часть наиболее прочной, не ослабленной отверстиями и патрубками. В случае разрыва главного циркуляционного трубопровода и утечки теплоносителя не произойдет аварийного осушения активной зоны ;
схема реактора с однозаходным характером движения теплоносителя в активной зоне снизу вверх конструктивно проще по сравнению с двухфазной, имеет меньшие гидравлические сопротивления, что облегчает охлаждение тепловыделяющих элементов в режиме естественной циркуляции;
органы системы управления и защиты оборудования для контроля за работой реактора располагаются в его верхней части. Этим достигается удобство эксплутационного обслуживания и ремонта.
Тепловая мощность реактора составляет 3000 МВт. Во втором контуре генерируется рабочее тело с параметрами : температура насыщенного пара 274 °С, давление 6,0 кПа. КПД установки достигает 31,7%.
Реактор состоит из следующих основных узлов: корпуса, корзины активной зоны и тепловых экранов активной зоны, блока защитных труб, крышки (верхнего блока).
Корпус реактора выполнен в виде вертикального цилиндра и состоит из фланца, двух обечаек зоны патрубков, обечайки активной зоны и эллиптического днища. Обечайки сваривают между собой кольцевой сборкой. Во фланце корпуса выполнены резьбовые отверстия под установку шпилек для уплотнения главного разъема. Высота корпуса 11 м, диаметр - 4,5 м. Материал корпуса - низколегированная хромомолибдено-ванадивая сталь 15Х2НМФА.
Толщина стенки корпуса в цилиндрической части 190 м, в районе патрубков - 210 мм. Изнутри корпус имеет плакировку из нержавеющей стали толщиной 8 мм. Материал наплавки — сталь аустенитного класса типа 0Х18Н10Т. Рабочее давление в корпусе 16 МПа, расчетное Заиление - 18 МПа, давление газоиспытаний 25 МПа.
1 - чехлы приводов органов регулирования; 2 - крышка реактора; 3 - узел уплотнения глазного разъема; 4 -блок защитных труб; 5 - корзина активной зоны; 6 - патрубок выхода теплоносителя; 7 – разделительное кольцо; 8 — патрубок теплоносителя; 9 - опорный бурт; 10 -корпус реактора; 11 - тепловые экраны; 12 - активная зона; 13 - опорная конструкция кассет
Корзина активной зоны является несущей конструкцией внутрикорпусных элементов, гласным из которых является несущей конструкцией внутрикорпусных элементов, главным из которых являются кассеты, а также служит для разделения опускного (входного) к подъемного потоков теплоносителя. Корзина представляет собой вертикальный цилиндр со специфическим перфорированным днищем (рис. 7.1). Опорным буртом корзина устанавливается на внутреннюю проточку во фланце корпуса. Для фиксации корзины и предотвращения вибрации в продольном направлении между торцами фланцев опорного бурта и крышки расположен упругий трубчатый элемент.
В днище корзины установлены опорные перфорированные трубы (стаканы), которые образуют опорную конструкцию. Верхняя часть стаканов выполнена в виде шестигранных призм с отверстиями, в которых устанавливаются хвостовики кассет, нижняя часть перфорирована отверстиями и служит своеобразным фильтром твердых частиц и дросселем, регулирующим расход теплоносителя через кассеты по радиусу активной зоны.
В районе опорной конструкции по ее периметру расположено граненое кольцо, на которое устанавливаются тепловые экраны, изготовленные, как и корзина активной зоны, из аустенитной нержавеющей стали 08Х18Н10Т.
1 - опорный бурт; 2 -упорный пояс; 3 - шпоночный паз; 4 - решетка; 5 - опорная конструкция кассет
В реакторе применяется кластерная система регулирования. Кластер представляет собой пучок стержней поглотителей, регулярно размещенных в кассете (рисунок 6.1). Материал оболочки стержня нержавеющая сталь, диаметр сердечника 7 мм, материал сердечника — окись европия в матрице из алюминиевого сплава, размеры оболочки 8,2х0,6мм.
В качестве системы компенсации избыточной реактивности применяется жидкостный поглотитель - борная кислота (Н3ВО3). Концентрация расширенной в воде борной кислоты меняется в процессе работы. Эта система применяется как дополнение к системе с твердыми поглотителями.
Конструкции кассет. Кассета представляет собой тепловыделяющую сборку (ТВС), состоящую из пучка ТВЭЛов, кожуха, верхнего и нижнего хвостовиков. Основным назначением кассеты является закрепление и дистанционирование ТВЭЛов, которые размещаются в ней с малыми зазорами. В поперечном сечении ТВЭЛы располагаются в треугольной (рис. 6.1) решетке относительно оси кассеты. Определенный шаг обеспечивается жестким закреплением ТВЭЛов в кассете. Одним наконечником ТВЭЛы крепятся в верхней решетке. В отверстия нижней решетки наконечники ТВЭЛов входят свободно для обеспечения компенсации и температурных расширений. Верхняя и нижняя решетки кассеты должны иметь достаточные проходные сечения для теплоносителя, чтобы обеспечить равномерное поступление теплоносителя внутрь кассеты и выход из нее, а также минимальные гидравлические сопротивления. Заданный шаг ТВЭЛов поддерживается с помощью дистанционирующих решеток, которые располагаются в нескольких сечениях по высоте кассеты. В верхней части кассеты располагается хвостовик, конструкция которого позволяет производить ее захват специальным устройством для дистанционной перегрузки.
Нижний хвостовик служит для установки и фиксации кассеты в нижней опорной. Над активной зоной реактора расположен блок защитных труб (БЗТ), который служит для дистанционирования кассет активной зоны, удержания кассет от всплытия из-за перепада давления в активной зоне, а также защиты регулирующих органов и штанг приводов СУЗ от гидродинамического воздействия потока теплоносителя, совершающего поворот на 90° к выходным патрубкам реактора (рис. 7.3). Блок защитных труб устанавливается в корпус реактора так, что его нижняя плита прижимает кассеты через подпружиненные штыри (рис 6.1), находящиеся в головке. Перемещение БЗТ В Вертикальном направлении удерживается крышкой реактора, которая ложится на его упорный бурт. Уплотнение главного разъема осуществляется с помощью двух трубчатых прокладок, прижимаемых фланцем крышки к фланцу корпуса реактора (рис. 7.4). Узел уплотнения состоит из промежуточного кольца, выполненного из девяти секторов, комплекта трубчатых прокладок уплотнения, шпилек М170, шайб вогнутых и выпуклых. На крышке реактора установлено 109 патрубков, к фланцам которых крепятся корпуса приводов СУЗ, датчиков ТК и контроля ЭВ. К крышке крепится каркас и другое оборудование. Весь этот узел носит название верхнего блока.
1 - патрубки датчиков температурного контроля (ТК) и энерговыделения; 2 – ловитель; 3 - верхняя плита – защитная труба; 5 - нижняя плита; 6 - канал датчиков ТК и ЗВ
1 - корзина активной зоны; 2 - блок защитных труб; 3 - трубчатые уплотнительные прокладки; 4-крышка реактора; 5 – гайка; 6 - шайба вогнутая; 7 - шайба выпуклая; 8 - кольцо промежуточное; 9 - шпилька; 10- корпус реактора; 11- упругий трубчатый элемент; 12 - плакировка корпуса.