核反应堆总论 第八章 压水堆本体结构.ppt

第八章 压水堆本体结构 目 录 反应堆本体结构设计的任务 8.1 堆芯结构 8.2 堆内构件 8.3 反应堆压力容器 反应堆本体结构设计的任务 1.保证堆芯中燃料能按核设计要求进行自持链式裂变反应； 2.核裂变所释放的能量按热工设计要求有效地导出； 3.对内全部构件在反应堆满功率运行期间应保持良好性能，即使在事故情况下仍能保证反应堆结构的完整性和安全性。 对反应堆本体设计的要求 1、遵循国家相关规定（国家核安全局颁发的《核电质量保证安全规定》）； 2、遵循相关设计准则（压水堆核电厂结构总体设计准则、堆内构件设计准则、压力容器设计准则、燃料相关组件设计准则等）； 3、满足强度、刚度、和抗腐蚀性能； 4、满足核性能和耐辐照的要求； 5、对堆内主要构件从造型、选材加工到组装必须做大量试验研究工作； 6、对重要部件尤其是堆芯部件需要在其他反应内进行验证。 堆本体的构成 1.堆芯 阻力塞组件 控制棒组件 可燃毒物组件 中子源组件 燃料组件 2.堆内构件 压紧部件 吊篮部件 堆内测量装置 3.控制棒驱动机构 4.反应堆压力容器 8.1堆芯结构 堆芯的功能及作用： 堆芯是反应堆的核心部分，核燃料在这里实现链式裂变反应，并将核能转化为热能，此外，堆芯又是强放射源。 8.1堆芯结构的组成 压水堆堆芯由核燃料组件、控制棒组件、固体可燃毒物组件、阻力塞组件以及中子源组件等组成， 由上、下栅格板及堆芯围板包围起来， 依靠吊篮定位于反应堆压力容器的冷却剂进出口管的下方。 8.1.1燃料组件 燃料组件的工作环境： 处在高温、高压、含硼水、强中子辐照、腐蚀、冲刷和水力振动等恶劣条件下长期工作，因此核燃料组件的性能直接关系到反应堆的安全可靠性。 8.1.1燃料组件 新型压水堆燃料组件按17×17排列成正方形栅格； 在每一组件的289个可利用的空位中，燃料棒占据264个，其余的空位装有控制棒导向管，最中心的管供中子注量率测量用。 组件中的燃料棒沿长度方向设有8层弹簧定位格架，将元件棒按一定间距定位并夹紧，但允许元件棒能沿轴向自由膨胀，以防止由于热膨胀引起元件棒的弯曲。 控制棒导向管、中子注量率测量管和弹簧定位格架一起构成一个刚性的组件骨架。 元件棒按空位插于骨架内。骨架的上、下端是上、下管座。 8.1.1燃料元件棒 燃料元件棒是反应堆运行时产生核裂变并释放热量的部件。 图示出了压水堆燃料元件，它的长度一般为3～4m，外径约为9.5mm。设计要求将一定数量的二氧化铀燃料芯块装入锆—4合金管内。上、下两端都设有三氧化二铝的陶瓷隔热片，以减小芯块的轴向传热。 为防止运输过程中棒内芯块发生窜动，顶部设有螺旋形压紧弹簧。 锆—4合金管的两端用锆合金端塞堵封并焊接。 燃料芯块 材料：二氧化铀； 核燃料富集度： 2％~4%铀-235； 芯块的直径：约为8mm， 高度与直径比：一般为1～1.5。 蝶形端面加倒角：燃料芯块一般都做成如图2-(c)那样的蝶形端面加倒角，从而减小芯块与包壳的相互作用。 砂漏：由于U02的热导率小，所以在反应堆运行时芯块中心部分比周边部分的温度要高得多，从而使芯块形成图 (a)砂漏状。 “竹节状”：由于端部效应，芯块端面部分的径向变形比芯块中部的径向变形要严重得多，并由于芯块和包壳的相互作用于是产生了如图 (b)所示的“竹节状”，燃料元件包壳最易在这一部位发生破损。 包壳管（1） 作用： 燃料元件的包壳是反应堆内防止强放射性物质外泄的第一道屏障，也是最重要的一道屏障，它的作用是包容裂变产物并持核燃料和冷却剂分隔开。 材料：目前压水堆中采用的包壳材料都是Zr—4合金 因为Zr-4不仅有较高的高温机械强度和耐高温水腐蚀的性能， 而且中子吸收截面小，用它作包壳可使用较低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。 包壳壁厚： 一般为0.55～0.65mm。 包壳管（2） 燃料芯块与包壳管之间间隙的作用： 装配 补偿燃料芯块和包壳之间温差热膨胀的需要， 反应堆运行后芯块的肿胀 芯块与包壳之间的间隙及元件上端安置压紧弹簧处的空腔还可以容纳裂变过程中从燃料内释放出来的裂变气体。 间隙充氦气的作用： 在间隙处通常充以2～3MPa压力的氦气以改善元件棒的导热性能和包壳的应力状态。 组件骨架 作用：确保燃料组件的刚度和强度。承受整个组件的重量、流体力产生的振动和压力波动，承受控制棒下插时的冲击力，并准确为控制棒导向，保证燃料装卸和运输的安全。 组件骨架由弹簧定位格架、控制棒导向管、上、下管座等部件组成。 弹簧定位格架 图示出弹簧定位格架： 弹簧定位