Реактор ВВЭР-1000

Описание конструкции.

Активная зона реактора набирается из вертикально расположенных тепловыделяющих сборок (ТВС) шестигранной формы, устанавливаемых цилиндрическими хвостовиками в гнезда опорных труб днища внутрикорпусной шахты.


На рис. 21 представлена картограмма активной зоны с указанием расположения групп ОР СУЗ, термопар (ТП), КНИ, секторов симметрии, осей центрального зала, циркуляционных петель.

Рисунок 22 Габаритные размеры ТВС

Ориентация ТВС в плане однозначная и определяется посадкой в паз опорной трубы пальца на хвостовике ТВС. Фиксация головок ТВС и удержание ТВС от всплытия и вибрации во всех случаях эксплуатации реактора, включая возможные аварийные ситуации, выполняется при помощи нижней плиты блока защитных труб.

 В ТВС реакторов ВВЭР-1000 с РУ проекта В-320 в качестве регулирующего органа применен пучок (кластер) поглощающих стержней, который с помощью привода СУЗ может перемещаться по высоте активной зоны в специальных каналах, размещенных в головках и топливных сборках.

При работе реактора, извлеченные из ТВС пучки поглощающих стержней размещаются в защитных трубках БЗТ.

На реакторах ВВЭР-1000 с РУ проекта В-320 применена бесчехловая ТВС. Тепловые сборки реактора ВВЭР-1000 с РУ проекта В-320 рассчитаны на работу при двухгодичной и трехгодичной компании топлива. Для варианта активной зоны с трехгодичной компанией топлива в свежих кассетах с обогащением 4,4% (не более чем в 54 шт.) устанавливаются стержни с выгорающим поглотителем (СВП).

Все топливные сборки могут устанавливаться в реактор и извлекаться из него как вместе с регулирующими стержнями и пучками СВП, так и без них.

Головка ТВС (см. рис.22) состоит из неподвижной части - хвостовика, который приваривается к каналам, и подвижной части обечайки, соединяющейся с неподвижной частью тремя несущими винтами. Между этими двумя частями установлены 15 пружин, служащие для предотвращения всплытия, вибрации и компенсации технологических допусков ТВС и внутрикорпусных устройств при работе реактора. На наружной части обечайки имеются две шпонки (каждая шириной 22 мм, длиной 100мм, высотой 16, 2мм), предназначенные для ориентации ТВС в реакторе, а также для захвата и транспортировки ТВС (с кластером или без него). Головка ТВС имеет центральный подпружиненный шток для уменьшения динамических нагрузок на траверсу и поглощающие стержни, возникающих при сбросе кластера.

Топливная часть ТВС реактора ВВЭР-1000 содержит 312 твэл, соединенных дистанционирующими решетками и закрепленных на нижней решетке, 18 направляющих каналов для поглощающих стержней (кластера) и центральную трубку. Дистанционирование твэл осуществляется решетками «сотового» (ячеистого) типа. Решетка представляет собой набор ячеек приваренных друг к другу и заключенных в обод, имеющий скосы для исключения возможности зацепления соседних ТВС при загрузке-выгрузке. твэлы в дистанционирую-щей решетке расположены по треугольной разбивке. На месте центральной ячейки решетки установлена втулка для крепления дистанционирующих решеток в пучке твэл, а также для установки в нее датчика замера энерговыделения. Крепления решеток к центральной трубе осуществляется обжатием центральных втулок в прорези на центральной трубе. Нижняя решетка в ТВС является опорной для твэл.

Твэлы в ТВС имеют возможность свободного радиационного (на 35 мм) и температурного роста до достижения значения температуры 1200 оС, выбранной в качестве максимального проектного предела повреждения твэлов, согласно ПБЯ РУ АС-89. Это обеспечивается существованием зазора между нижней решёткой головки и верхними торцами твэлов в исходном состоянии равного 55 мм.

Хвостовики ТВС имеет цилиндрическую направляющую часть, сферическую опорную часть и фиксатор (палец) для ориентации ТВС в плане.

Транспортно - технологические операции с ТВС, т.е. извлечение ТВС из реактора, транспортировка ТВС и установка их в бассейн выдержки и перегрузки, в пеналы КГО выполняются при помощи рабочей штанги перегрузочной машины. При этом, под слоем борного раствора, захват рабочей штанги перегрузочной машины сцепляется с головкой ТВС.

ТВС при помощи штанги поднимается на необходимую высоту, транспортируется в вертикальном положении и устанавливается в заданную ячейку. Указанные операции контролируются при помощи телевизионной штанги перегрузочной машины. Обязательный телеконтроль (визуальное наблюдение) производится с постоянного пульта перегрузочной машины.

Извлечение из ТВС, транспортировка и установка в ТВС кластеров выполняется при помощи чехла кластера, который в вертикальном положении предварительно сцепляется с рабочей штангой перегрузочной машины и устанавливается на головку ТВС.

Конструкция чехла кластера, кроме концевых деталей, аналогична конструкции защитной трубы блока защитных труб (БЗТ), то есть в нем, как и в защитных трубах БЗТ, размещены направляющие каркасы, обеспечивающие устойчивость ПЭЛ и исключающие их застревание при вертикальном перемещении кластеров. Внутри рабочей штанги перегрузочной машины имеется захват кластера, концевая часть которого ответствует концевой части промштанги привода ШЭМ.

После сцепления чехла кластера с головкой ТВС, при помощи захвата кластера, кластер стягивается в чехол. Поворотом штанги чехол расцепляется с головкой ТВС, перемещается рабочей штангой на заданную ТВС и кластер в обратной последовательности устанавливается в заданную ТВС и расцепляется с захватом кластера.

При установке блока защитных труб цилиндрические части головок и шпонки ТВС входят в ячейки нижней плиты БЗТ. При этом происходит «разбор» ТВС с шагом 236 мм. Подпружиненные траверсы регулирующих стержней входят в пазы направляющих каркасов труб БЗТ на 10 мм. В случае несовпадения траверс регулирующих стержней с пазами в направляющих каркасах труб БЗТ ориентация до совпадения их осуществляется при сцеплении и фиксации промштанги привода ШЭМ с траверсой регулирующих стержней. При установке верхнего блока на корпус реактора происходит дополнительное утопание траверс регулирующих стержней в пазы направляющих каркасов труб БЗТ на величину 11,5±3,5 мм. Таким образом, минимальное утопание траверсы регулирующих стержней составляет 18мм. Так как максимально возможный ход центральной пружины головки ТВС при падении кластера составляет 15мм, выход траверсы регулирующих стержней из пазов направляющих каркасов при аварийном сбросе невозможен.

В нижней части направляющих каналов для поглощающих стержней имеются отверстия для прохода теплоносителя диаметром 4 мм (см. рис.26). Раньше этих отверстий было 4 шт., они располагались под углом 90 друг относительно друга. Сейчас применяются ТВС с направляющими каналами, где имеется только два отверстия, расположенных на одной оси. Это объясняется тем, что при наличии четырёх отверстий после падения органов регулирования СУЗ на нижние концевые выключатели под действием защиты реактора при распитанных электромагнитах ШЭМ может произойти всплытие ПС СУЗ под действием восходящего потока теплоносителя (что и имело место в практике эксплуатации, в частности, на ЗАЭС). С целью предотвращения всплытия ОР СУЗ, инструкцией по ликвидации аварий предписывается подать питание на привода СУЗ после срабатывания аварийной защиты реактора. Существует так называемое условие невсплытия ТВС: Fпрохвход<Fкольц.зазаорвыход , то есть расход через проходное сечение центрального отверстия в нижней части направляющего канала должно быть меньше площади проходного сечения кольцевого зазора между стержнем ПС СУЗ и стенками направляющего канала. В настоящее время при наличии двух отверстий это условие соблюдается и угрозы всплытия ОР СУЗ нет, даже при отсутствии электропитания на приводах.

До недавнего времени для реакторов ВВЭР-1000 проекта В-320 применялись ТВС с урановым топливом, в качестве поглощающего материала в ПС СУЗ использовался карбид бора B4C (тип ПС СУЗ 0401.01.04.000), в качестве выгорающего поглотителя применялись стержни СВП, содержащие CrB2+Al - диборид бора в алюминиевой матрице. В настоящее время появились новые виды топливных кассет (типы кассет 0401.12.00.000 и 496.00.000 с уран - гадолиниевым топливом) и ПС СУЗ (типы ПС СУЗ 0401.12.04.000 и 496.00.070). Характеристики типов кассет, типов ПС СУЗ, пучков СВП указаны в таблицах №8-14.

Реактор ВВЭР-1000 является водо-водяным энергетическим реактором корпусного типа