Материал: Лескин С.Т., Шелегов А.С., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000

5-го блока НВАЭС и штатными безчехловыми ТВС серийного реактора ВВЭР-1000

ТВСА (рис. 3.3) бесчехлового типа, шестигранного профиля. Габаритные и присоединительные размеры ТВСА выбраны из условия размещения ее в реакторе ВВЭР-1000. Основные технические характеристики ТВСА представлены в табл. 3.5.

Рис. 3.3. Кассета ВВЭР-1000А (ТВСА)

101

В конструкции ТВСА реализованы следующие технические решения:

•введен постоянно действующий силовой каркас;

•применены оптимизированные ДР, обеспечивающие уменьшенное взаимодействие в паре «твэл−ячейка ДР»;

•обеспечена «однородность» ТВСА за счет использования на высоте активной части ТВСА конструкционных материалов одного класса (циркониевые сплавы);

•в качестве материала уголков каркаса и НК применен циркониевый сплав, обладающий повышенными механическими свойствами и радиационной стойкостью;

•НК имеют возможность независмого друг от друга терморадиационного роста, а осевая нагрузка распределяется на все 18 НК за счет применения головки специальной конструкции и обеспечения зазора между НК и ячейками ДР.

ТВСА состоит из следующих основных частей: головки, силового каркаса, пучка твэлов, хвостовика.

102

Рис. 3.4. Дистанционирующая решетка ТВСА

Силовой каркас, обеспечивающий жесткость и прочность, образуют 15 дистанционирующих решеток (рис. 3.4) и шесть уголков, к которым ДР приварены контактной точечной сваркой. Уголки каркаса крепятся к хвостовику (из нержавеющей стали) винтами. Центральная труба (ЦТ), служащая для размещения сборок КНИ, и 18 направляющих каналов (НК), крепятся резьбовыми соединениями к нижней несущей решетке, которая при помощи шести стальных пластин приваривается к хвостовику. Для подкрепления несущей решетки в хвостовике имеется опорная конструкция из трех ребер. Силовой каркас воспринимает нагрузки от внутренних сил, вызываемых трением твэлов в ячейках ДР при терморадиационном росте, и изгибающих моментов направляющих каналов, возникающих под действием усилий от прижимных пружин. Силовыми элементами, соединяющими головку и хвостовик и воспринимающими нагрузки при транспортно-технологических операциях, служат 18 направляющих каналов.

Пучок твэлов набран из 312 твэлов цилиндрического типа диаметром 9,1 мм, расположенных в углах правильной треугольной

103

сетки с шагом 12,75 мм. Дистанционирование твэлов осуществляется с помощью пятнадцати ДР сотового типа, конструктивно анааналогичных ДР серийных ТВС ВВЭР-1000, но оптимизированных по величине усилия протаскивания твэлов через ячейки ДР за счет уменьшения поверхности контакта твэла с ДР и уменьшения натягов в системе «твэл − ячейка ДР». В каждой ячейке решетки вместо одной из трех жестких дистанционирующих выштамповок предусмотрена поджимающая твэл пружинка. Для исключения деформации ДР в осевом направлении при радиационном росте твэлов каждая ДР в местах проходок НК подкреплена втулками. Закрепление твэлов для предохранения от осевых перемещений произведено в перфорированной плите хвостовика ТВСА с помощью нижних заглушек твэлов, рассеченных в продольном направлении. В сборке ТВСА применяются гладкостержневые твэлы, разработанные на основе серийного для ТВС ВВЭР-1000.

Собственно твэл (рис. 3.5) состоит из оболочки, заглушек (верхней и нижней), сердечника (набор топливных таблеток), пружинного фиксатора и проставки.

Рис. 3.5. Тепловыделяющий элемент ТВСА

Оболочка твэла имеет наружный диаметр 9,1 мм, внутренний диаметр 7,73 мм. В качестве ядерного топлива используются таблетки диоксида урана плотностью 10,4−10,7 г/см3, наружным диаметром 7,57 мм и уменьшенным диаметром центрального отверстия 1,4 мм. Таблетки имеют фаски, снижающие взаимодействие топлива с оболочкой и уменьшающие сколы таблеток при

104

загрузке. Для снижения внутреннего давления газообразных продуктов деления в верхней части ТВЭЛа предусмотрен газосборник. Высота топливного столба 3530 мм. Фиксация топливного столба в заданном положении осуществляется пружинным фиксатором. Герметизация твэлов осуществляется с обоих концов заглушками при помощи контактно-стыковой сварки. Давление заполнения гелием при изготовлении твэла − 2 МПа.

Отличия твэла ТВСА от твэла штатной ТВС:

•герметизация осуществляется двумя швами контактностыковой электросваркой;

•введен пружинный фиксатор;

•в качестве материала оболочки и концевых деталей наряду используется циркониевый сплав с повышенными механическими свойствами;

•уменьшен диаметр центрального отверстия таблетки. Возможна замена части твэлов на твэги с оксидным выгораю-

щим поглотителем. Геометрические характеристики твэгов совпадают с геометрическими характеристиками твэлов.

Твэг состоит из заглушки верхней, оболочки, заглушки нижней, сердечника из топливных таблеток, фиксатора, проставки.

В качестве ядерного топлива для ТВЭГов используется урангадолиниевое топливо. Массовая концентрация оксида гадолиния составляет 5 %. Топливные таблетки с наружным диаметром 7,57 мм имеют центральное отверстие диаметром 1,5 мм. Используются топливные таблетки с ужесточенными допусками и повышенными требованиями по внешнему виду, доспекаемости, пористости, размеру зерна и т.д. Таблетки имеют фаски, снижающие взаимодействие топлива с оболочкой и уменьшающие сколы краев при загрузке. Для снижения внутреннего давления газообразных продуктов деления в верхней части твэгов предусмотрен газосборник. Герметизация твэгов осуществляется с двух сторон контактно-стыковой электросваркой. Проставка из циркониевого сплава предназначена для поднятия столба топлива до уровня, существующего в штатном твэле ВВЭР-1000. Фиксация топливного столба в заданном положении производится пружинным фиксатором. Давление заполнения гелием составляет 2 МПа.

Хвостовик ТВСА (рис. 3.6) имеет шаровую поверхность, которой он устанавливается на конусную поверхность стакана шахты

105