Материал: Белозеров В.И., Жук М.М., Кузина Ю.А., Терновых М.Ю. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000

-устойчивость оболочки в течение всей кампании;

-поддержание более низкой температуры в твэле (на ~200 °С), чем при давлении 0,1 МПа, что обеспечивает при авариях более благоприятные термомеханические характеристики твэла (МПА);

-объем выделяющихся ГПД уменьшается на 30–40 % за счет уменьшения температуры.

Если бы давление было 0,1 МПа, то при выгорании топлива до 35 МВтсут/кг диаметр твэл уменьшался бы на 1,5 %, что приводило бы к фреттинг-коррозии и обжатию таблетки, а также к потере устойчивости в местах разрыва топливного сердечника и разгерметизации.

Втабл. 7.6 приведены значения давления под оболочкой твэла в процессе эксплуатации.

Таблица 7.6

Давление газов под оболочкой твэла в процессе эксплуатации на номинальной мощности

При номинальной мощности РУ:

-максимальная температура в центре топливных таблеток составляет около 1580 °С; среднеобъемная температура топлива около 940 °С; на поверхности топливных таблеток – около 470 °С;

-перепад температуры на газовом зазоре между таблетками и оболочкой в среднем составляет 100 градусов, а по толщине самой оболочки 23 градуса;

-максимальная температура наружной поверхности оболочки твэла не превышает 352 °С;

-максимальная температура на внутренней поверхности оболочки твэла не превышает 414 °С (при ксеноновых колебаниях происходит незначительный рост температуры на 2–3 градуса).

166

При номинальной мощности РУ давление гелия под оболочкой твэла составляет 70–115 атм. Топливный сердечник удлиняется от нагрева на 30 мм.

Встационарном режиме эксплуатации оболочка находится под воздействием следующих нагрузок:

-перепада между внешним давлением теплоносителя и внутренним давлением смеси газов под оболочкой (He, Kr, Xe);

-термических напряжений от теплового потока и напряжений от взаимодействия распухающего сердечника с оболочкой.

Вначале кампании термические напряжения и перепад между давлением теплоносителя и давлением гелия в твэле обусловливают сжимающие напряжения на внутренней поверхности оболочки.

Затем из-за релаксации термических напряжений и уменьшения перепада давления из-за накопления газообразных продуктов деления сжимающие напряжения уменьшаются.

Примерно через 8000 эфф. часов топливный сердечник вступает

вконтакт с оболочкой и в ней начинают возникать постепенно возрастающие нагрузки со стороны распухающего сердечника.

7.4.Конструкция и характеристики тепловыделяющей сборки

Вреакторах ВВЭР-1000 (В-320) применена безчехловая тепловыделяющая сборка (ТВС) (рис. 7.2), которая состоит из пучка твэлов, головки и хвостовика. Пучок твэл содержит 312 твэлов, 18 трубчатых каналов для поглощающих элементов (ПЭЛ), центральную трубку, 15 дистанционирующих решеток с ободами и нижнюю опорную решетку. Дистанционирование твэлов осуществляется решетками «сотового» (ячеистого) типа.

На месте центральной ячейки ДР установлена втулка для крепления дистанционирующих решеток к центральной трубке. Нижняя решетка представляет собой плиту с фрезерованными пазами для прохода теплоносителя и крепления концов твэлов. Нижняя решетка является упорной для твэлов.

Крепление твэлов к нижней решетке осуществляется соединением типа «ласточкин хвост». Нижняя решетка крепится к хвостовику посредством приварки шести уголков и подкрепляется ребрами, приваренными к хвостовику ТВС.

167

168

Рис. 7.2. Тепловыделяющая сборка

В гнездо днища шахты ТВС устанавливается хвостовиком с опорой шаровой поверхностью на конусную часть гнезда. Для ориентации в плане на хвостовике ТВС имеется фиксирующий штырь.

Для обеспечения быстрого прекращения ядерной реакции, автоматического поддержания мощности на заданном уровне и перевода реактора с одного уровня мощности на другой, предупреждения и подавления ксеноновых колебаний реактивности применены регулирующие стержни – ОР СУЗ.

Суть конструкции пучка твэл и всей ТВС хорошо описывает технология ее сборки в горизонтальном положении:

-на монтажном сборочном столе в струбцинах зажимают одну опорную решетку и 15 дистанционирующих решеток (с шестигранными ободами по краю решеток) соосно друг другу (с шагом) через 220 мм;

-микролебедкой поочередно втаскивают в отверстия решеток центральную трубку, 18 направляющих трубок для ПЭЛ и 312 твэлов, эти трубчатые элементы удерживаются в отверстиях 15-ти дистанционирующих решеток за счет упругой деформации пружинистых краев отверстий и трения;

-проводится приварка аргоно-дуговой электросваркой нижних концов направляющих трубок ПЭЛ к плите нижней опорной решетки (выполняется до установки твэлов в пучок);

-закрепляются нижние концы твэлов в нижней опорной решетке путем соединения типа «ласточкин хвост»;

-соединение головки ТВС с ЦНК пучка твэлов осуществляется

спомощью цангового захвата;

-пружинный блок состоит из 19 пружин, в демпфировании ОР СУЗ участвуют 16 пружин, для поджатия головки используется 3 пружины; ход головки до смыкания витков пружин 41 мм;

-устанавливают и приваривают хвостовик ТВС уголками к нижней опорной решетке пучка ТВС.

Втабл. 7.7 приведены основные характериститки ТВС.

Вконструкции ТВС, ПС СУЗ и пучков СВП используются материалы: сталь типа 08Х18Н10Т и циркониевый сплав Э110. В качестве материала пружин была выбрана сталь 12Х18Н10Т, материал оболочки ПЭЛ – сталь 06Н18Н10Т, остальные детали (головка ТВС, хвостовик, головка ПС СУЗ и пучка СВП) выполнены из стали типа 08Х18Н10Т, дистанционирующие решетки и направляющие каналы выполнены из циркониевого сплава Э110.

169

Масса топлива в отработавшей ТВС 4,4% (профилированной) после 3 лет эксплуатации в активной зоне:

Мощность поглощенной дозы от свежей ТВС на расстоянии 30 см от поверхности ТВС: