Назад Содержание Дальше
Ядерное топливо реактора ВВЭР-1000   Тепловыделяющие сборки ТВС-А.

4. Конструкция ТВС, ПС СУЗ, СВП
4.2 Тепловыделяющая сборка (ТВС)

4.2.1 Введение

Современные разработки топлива активных зон реакторов ВВЭР-1000 основываются на длительном и богатом опыте эксплуатации близких прототипов активных зон реакторов ВВЭР-440. Наиболее близким прототипом серийного топлива ВВЭР - 1000 явилась кассета V блока НВАЭС, повторяющая в какой-то мере конструкцию кассет ВВЭР - 440. Отличием было введение в активной зоне принципа более "мягкого" регулирования энерговыделения по высоте и сечению активной зоны. Были введены в конструкцию пучка ТВЭЛ направляющие каналы для размещения органов регулирования. Несущим элементом оставалась шестигранная труба. При разработке ТВС для ВВЭР-1000 (чехловой вариант) были приняты те же материалы, что и в конструкции ТВС для ВВЭР-440. В дальнейшем по аналогии с мировыми стандартами кассеты ВВЭР-1000 были выполнены безчехловыми с целью лучшего межканального перемешивания теплоносителя в нормальных и аварийных режимах. В проекте активной зоны ВВЭР-1000 были разработаны топливные циклы с двух и трехгодичной кампанией топлива.

Эксплуатация этого топлива началась в 1980 году, переход на трехгодичную кампанию топлива в 1989 - 1992 годах. К настоящему времени уже накоплен положительный опыт эксплуатации кассет ВВЭР-1000 трехгодичной кампании в течение четырех кампаний до глубины выгорания в кассете в пределах ~ 49 МВтсут./кгU. Начиная со второй половины 1992 года, отмечались случаи нарушения в работе ПС СУЗ, которые заключались в превышении проектного времени падения (более 4 секунд) или зависания ПС СУЗ.

По результатам работы межведомственной комиссии по выявлению причин заклинивания ПС СУЗ на блоках ВВЭР - 1000 одной из причин нарушений в работе ПС СУЗ является появление дополнительных сил трения между ПС СУЗ и направляющими каналами ТВС. Искривления ТВС вызывают появление повышенных межкассетных зазоров, и как следствие, тепловых нагрузок ТВЭЛ. Замечания по надежности срабатывания аварийной защиты и возникшая конкуренция на топливном рынке потребовали разработки и внедрения новых типов ТВС и усовершенствованных топливных циклов с этими кассетами.

В последние годы в России выполнен большой объем расчетных и экспериментальных исследований для обоснования реализации модернизированных топливных циклов ВВЭР-1000. Улучшены технологические и эксплуатационные характеристики ТВЭЛов и ТВС (повышено качество изготовления топливных таблеток, оболочечных труб и ТВЭЛов, оптимизирована конструкция ТВС, разработана технология изготовления ТВС с циркониевыми дистанционирующими решетками и направляющими каналами, отработана и освоена технология производства уран-гадолиниевого топлива). Предусматривается увеличение экономической эффективности топливного цикла за счет повышения глубины выгорания.

Рассматривается возможность применения смешанного уран-плутониевого цикла с использованием как энергетического, так и оружейного плутония. Разработка и внедрение разборных ТВС позволит производить замену дефектных ТВЭЛов. Нейтронно-физическими расчетами показана возможность реализации пяти годичных топливных циклов.

4.2.2 Назначение, состав и устройство комплекса кассет и его составных частей

Комплекс кассет реактора ВВЭР-1000 предназначен для генерирования тепловой энергии, обеспечения теплосъема и управления процессом энерговыделения в активной зоне реактора. Комплекс кассет, в общем случае, представляет собой совокупность различных кассет, ПС СУЗ и пучков СВП, предназначенных для выполнения в активной зоне реактора взаимосвязанных эксплуатационных функций. Основной составной частью комплекса кассет является кассета.

Кассета предназначена для генерирования тепловой энергии и передачи ее потоку теплоносителя в активной зоне реактора. Тепловыделяющая сборка (ТВС) осуществляет дистанционирование тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), формирует поток теплоносителя вблизи элементов, обеспечивая необходимое охлаждение. ТВС обеспечивает механическую целостность сборки ТВЭЛов, препятствует возникновению и распространению локальной аварии, связанной с уменьшением потока теплоносителя в отдельные ячейки и разрушением части ТВЭЛов. Общий вид кассеты с базовым обозначением 0401.01.00.000 Вы видите на рисунке:

В состав кассеты 0401.01.00.000 входят:

  • головка;
  • 18 каналов (направляющих);
  • труба центральная;
  • 312 ТВЭЛов;
  • 15 дистанционирующих решеток;
  • решетка нижняя;
  • хвостовик;
  • 21 шплинт.

Головка обеспечивает взаимодействие кассеты с плитой БЗТ реактора и представляет собой конструкцию, в состав которой входят:

Общий вид головки приведен на следующем рисунке:

Верхняя обечайка представляет собой трубу, на наружной поверхности которой имеются два ребра, а внутренний объем разделен плитой на две полости. Одна полость предназначена для размещения головки ПС СУЗ или пучка СВП. В другой полости расположены пружины.

Труба обеспечивает взаимодействие головки кассеты с гнездом в плите БЗТ, а с помощью ребер осуществляется взаимодействие кассеты с транспортно-технологическим оборудованием и ориентация ее в реакторе.

Плита имеет отверстия для прохода втулки штока, труб нижней обечайки, болтов и служит упором для пружин и втулки штока.

Нижняя обечайка представляет собой полый усеченный конус с плитами в обоих основаниях, через которые проходят трубы. Конус и плита в нижнем основании имеют отверстия для протока теплоносителя и служат для защиты ТВЭЛов от механических повреждений при перегрузках кассет в активной зоне, а также для стабилизации потока теплоносителя на выходе из кассеты. Плита в верхнем основании конуса имеет резьбовые отверстия для болтов и служит опорой для пружин. Трубы закреплены с помощью сварки в нижнем основании конуса и используются в качестве направляющих для пружин, а также в качестве связующих элементов головки с каналами.

Шток представляет собой сварную конструкцию из втулки и трубы. Втулка служит упором для пружины и воспринимает нагрузки от удара ПС СУЗ со штангой привода при срабатывании аварийной защиты реактора. Труба является направляющей для пружины и для датчика замера энерговыделения при его установке в центральную трубу кассеты.

Болты связывают части головки в единую конструкцию.

Пружины выполняют следующие функции:

  • обеспечивают необходимое усилие для удержания кассет от всплытия в активной зоне;

  • компенсируют допуска и разность температурных расширений элементов кассеты и внутрикорпусных устройств реактора;

  • компенсируют динамические нагрузки на кассету при аварийных ситуациях разуплотнения первого контура реактора;

  • компенсируют динамические нагрузки на поглощающие элементы ПС СУЗ при срабатывании аварийной защиты реактора.

 Шайба предназначена для стопорения болтов.

Головка крепится к каналам с помощью сварки и образует с ними неразъемное соединение.

Канал (направляющий) является несущим элементом конструкции кассеты и состоит из трубы и наконечника. Общий вид канала представлен на следующем рисунке:

Труба обеспечивает условия для прохождения ПС СУЗ и пучка СВП внутри пучка ТВЭЛов.

Наконечник имеет выступ, которым канал крепится с помощью сварки в нижней решетке и калиброванные отверстия для протока теплоносителя, которые позволяют:

  • организовать надежное охлаждение ПС СУЗ и пучка СВП;
  • обеспечить приемлемую скорость и время падения ПС СУЗ при срабатывании аварийной защиты реактора;
  • исключить попадание в канал вместе с теплоносителем посторонних частиц, способных воспрепятствовать падению ПС СУЗ.

Центральная труба используется в качестве канала для размещения в активной зоне реактора датчиков замера энерговыделения. Конструкция центральной трубы имеет следующий вид:

Центральная труба состоит из наконечника и собственно трубы, соединенных между собой с помощью вальцовки.

Наконечник предназначен для крепления центральной трубы к нижней решетке и имеет калиброванные отверстия для протока теплоносителя.

Труба имеет пазы для фиксации положения дистанционирующих решеток.

ТВЭЛ предназначен для генерирования тепловой, энергии и передачи ее теплоносителю. Общий вид ТВЭЛа, применяемого в кассете, показан на рисунке внизу:

ТВЭЛ представляет собой оболочку, герметизированную с обоих концов с помощью заглушек и сварки. Внутренний объем оболочки заполнен топливными таблетками из двуокиси урана и гелием под давлением. Столб топливных таблеток зафиксирован от перемещений двумя фиксаторами, представляющими собой цилиндрические пружинные втулки. Над столбом топливных таблеток имеется свободный объем, используемый в качестве газосборника для газообразных продуктов деления, выделяющихся в процессе эксплуатации.

Работа ТВЭЛов характеризуется весьма высокими тепловыми нагрузками (примерно 450 Вт/см) и значительными температурными перепадами по поперечному сечению топлива, которые могут составлять несколько сотен градусов.

Топливные таблетки имеют центральное осевое отверстие для снижения средней объемной температуры топлива и увеличения объема газосборника. Более подробно конструкция топливной таблетки показана на следующем рисунке внизу слева:

Несмотря на то, что при делении урана образуется много радиоактивных продуктов, диоксид урана при нормальных рабочих температурах удерживает более 98 % этих продуктов. Около 1 - 2 % продуктов, в основном газообразные и летучие - криптон (Kr), ксенон (Xe) и йод (I), диффундируют в газовый объем между топливной композицией и оболочкой, при этом герметичная оболочка препятствует их выходу в теплоноситель.

Поведение топлива как "барьера", удерживающего продукты деления, зависит от температуры и степени выгорания. При температурах ниже 1000˚С диоксид урана удерживает всё, даже газовые продукты деления. С ростом температуры и выгорания картина существенно меняется. Продукты деления становятся более подвижными. Этот процесс имеет диффузионную природу, и скорость выхода продуктов деления из топлива определяется законом Еxр(-E/kT), где E- энергия активации; T - температура; k - постоянная Больцмана.

При температуре выше 1600˚С большая доза газов выходит из топлива под оболочку, заметно возрастает также выход йода и других летучих нуклидов. Чтобы топливо выполняло свои "барьерные" функции, важно, чтобы взаимодействие топлива с теплоносителем было минимальным. Один из важнейших критериев, характеризующих условия работы топливной композиции, - это достижение температуры плавления. Этот параметр особенно важен при быстром повышении мощности, когда температура оболочки повышается еще незначительно. Плавление топлива должно рассматриваться как потеря барьерных функций не только топливом, но и ТВЭЛом в целом.

Оболочка обеспечивает передачу тепла от топливных таблеток к теплоносителю и сохранность формы ТВЭЛа в процессе эксплуатации, а также исключает контакт топливных таблеток и продуктов деления с окружающей средой.

Наличие гелия под оболочкой способствует сохранению формы ТВЭЛа при эксплуатации и обеспечивает надежную передачу тепла от топливных таблеток к оболочке. Основное требование к оболочке состоит в обеспечении прочности и герметичности во всем спектре нормальных и аварийных воздействий в течение многолетнего "жизненного цикла" и радиационную стойкость при длительном облучении. Герметичность оболочек должна сохраняться в течении всего срока работы ТВЭЛа и последующего хранения отработавшего топлива. В процессе "жизненного цикла" оболочка ТВЭЛа подвергается воздействию совокупности факторов, создающих сложные условия работы оболочки. Это коррозионное и силовое воздействие как со стороны теплоносителя, так и со стороны топлива, термоциклирование при изменениях режимов работы (пуск, остановка, маневрирование), радиационное охрупчивание при облучении потоком быстрых нейтронов, наконец, перегревы в аварийных ситуациях. При "распухании" топлива, а также под действием выходящих под оболочку газовых и летучих продуктов деления увеличиваются нагрузки, действующие изнутри на оболочку ТВЭЛов.

Для материалов оболочек первостепенное значение имеют следующие свойства: радиационное упрочнение, охрупчивание, распухание, радиационная ползучесть, коррозионная стойкость. При медленном увеличении мощности или уменьшении расхода теплоносителя через реактор основным параметром, характеризующим целостность ТВЭЛа, будет температура оболочки. Разрушение оболочки начинается, когда напряжения превышают предел прочности, определяемый в зависимости от температуры. При определении максимально допустимых значений параметров, характеризующих состояние активной зоны., в первую очередь должны рассматриваться оболочки ТВЭЛов, от состояния которых во многом зависит развитие аварийного процесса. Предельно допустимые значения параметров устанавливаются на основе экспериментальных данных по поведению оболочки и ТВЭЛов в целом в стационарных и переходных режимах.

Допустимые пределы повреждения ТВЭЛов при нормальной эксплуатации для ВВЭР следующие:

  • число ТВЭЛов с микродефектами не должно превышать 0.2-1%,
  • число ТВЭЛов с прямым контактом топлива и теплоносителя не должно превышать 0.02-0.1% общего количества ТВЭЛов в активной зоне.

В сложных аварийных условиях допускается превышение проектного предела повреждения ТВЭЛов для нормальной эксплуатации. Максимальный проектный предел повреждения ТВЭЛов для ВВЭР обусловлен ограничением развития пароциркониевой реакции:

  • температура оболочек ТВЭЛов не более 1200˚С;
  • локальная глубина окисления оболочек ТВЭЛов не более 18 % от первоначальной толщины стенки;
  • доля прореагировавшего циркония не более 1 % его массы в оболочках ТВЭЛов.

В процессе эксплуатации осуществляется непрерывный контроль за состоянием оболочек ТВЭЛов, целостность которых является важнейшим условием обеспечения безопасности. Состояние оболочек оценивается системой контроля герметичности оболочек (системой КГО). Для обеспечения целостности первого основного барьера безопасности необходимо поддержание заданного температурного режима работы ТВЭЛов и предотвращение механического и коррозионного воздействий на оболочку, выходящих за допустимые по условиям прочности пределы.

Нижняя заглушка позволяет закреплять ТВЭЛ в нижней решетке.

Дистанционирующая решетка служит для обеспечения заданного расположения ТВЭЛов в кассете и представляет собой сварную конструкцию из обода, ячеек и центральной втулки. Общий вид дистанционирующей решетки, примененной в кассете, показан на рисунке слева:

 

Обод снабжен зубчатыми краями, загнутыми в межТВЭЛьное пространство, и выполняет следующие функции:

  • придает дистанционирующей решетке дополнительную жесткость и сохраняет ее форму;

  • защищает ТВЭЛы от механических повреждений во время транспортно-технологических операций с кассетой;

  • обеспечивает дистанционирование соседних кассет в активной зоне реактора.

Конструкция ячеек и их размещение в решетке обеспечивает надежное дистанционирование ТВЭЛов и направляющих каналов в течение всего срока эксплуатации кассеты.

Втулка используется для закрепления дистанционирующей решетки на центральной трубе.

 

 

Нижняя решетка служит опорой для ТВЭЛов, а также выполняет функции фильтра и стабилизатора потока теплоносителя на входе в кассету. Общий вид нижней решетки представлен на следующем рисунке:

Нижняя решетка состоит из собственно решетки и 6 уголков, присоединенных в углах к ее боковым граням с помощью сварки.

Решетка представляет собой перфорированную плиту с пазами для протока теплоносителя и отверстиями для крепления каналов, центральной трубы и ТВЭЛов.
Уголки
служат для соединения нижней решетки с хвостовиком.

Следующим элементом рассматриваемой конструкции является Хвостовик, который обеспечивает взаимодействие кассеты с опорным стаканом в днище шахты реактора и состоит из корпуса, системы ребер, соединенных с помощью сварки между собой и с корпусом, а также фиксатора. Общий вид хвостовика, примененного в кассете, приведен на очередном рисунке:

Корпус имеет внутри полость, через которую подводится теплоноситель, а снаружи - сферу, переходящую в цилиндр. Сферой хвостовик опирается на коническую часть опорного стакана, а цилиндром взаимодействует с его цилиндром, удерживая кассету в вертикальном положении в активной зоне.

Ребра служат опорой для нижней решетки.
Фиксатор хвостовика предназначен для ориентации кассеты в реакторе.
Шплинт представляет собой отрезок проволоки и служит для крепления ТВЭЛов в кассете.

Кассета с базовым обозначением 0401.01.00.000 имеет несколько вариантов исполнения, различающихся между собой схемой размещения ТВЭЛов в поперечном сечении кассеты и степенью обогащения топлива по U235.

Кассета с базовым обозначением 0401.03.00.000 изготавливается в двух производственно-технологических вариантах: базовом (вариант 1) и модернизированном (вариант 2), отличающихся друг от друга комплектацией отдельными составными частями и технологией сборки.

Оба варианта кассеты 0401.03.00.000 имеют несколько различных исполнений, отличающихся между собой схемой размещения ТВЭЛов в поперечном сечении кассеты и степенью обогащения топлива по U235.

Оба варианта кассеты 0401.03.00.000 соответствующего исполнения взаимозаменяемы и совместимы в активной зоне реактора с кассетой 0401.01.00.000.

Базовый вариант кассеты 0401.03.00.000 по своей конструкции аналогичен кассете 0401.01.00.000 и включает:

- головку;
- 18 каналов (направляющих);
- трубу центральную;
- 312 ТВЭЛов;
- 15 решеток дистанционирующих;
- решетку нижнюю;
- хвостовик;
- 21 шплинт.

Конструкции головки, канала (направляющего), центральной трубы, дистанционирующей и нижней решеток, ТВЭЛа, а также хвостовика и шплинта аналогичны кассете 0401.01.00.000. Исключение составляет топливная таблетка. Общий вид топливной таблетки ТВЭЛа применяемого в кассете 0401.03.00.000 показан на рисунке:

Топливная таблетка кассеты 0401.03.00.000 в отличие от топливной таблетки кассеты 0401.01.00.000 имеет больший диаметр центрального отверстия.

Теперь обратимся к общему виду модернизированной кассеты 0401.03.00.000, который приведен на следующем рисунке:

Конструкция кассеты с модернизированной головкой позволяет исключить пережатие кассеты в условиях непроектных отклонений допусков на ВКУ и их сборку в реакторе. Реализация вышеуказанных положений осуществляется за счет конструктивного изменения схемы взаимодействия головки и НК и размещения в головке пружин с меньшей жесткостью и большим, по сравнению с пружинами серийной кассеты, ходом до соприкосновения витков.

В состав модернизированной кассеты 0401.03.00.000 входят:

  • головка;

  • 18 каналов (направляющих);

  • труба центральная;

  • 312 ТВЭЛов;

  • 15 решеток дистанционирующих;

  • решетка нижняя;

  • хвостовик.

Головка модернизированной кассеты 0401.03.00.000 (см. рисунок внизу), в отличие от головки кассеты 0401.01.00.000 имеет увеличенный ход пружинного блока и присоединена к каналам с помощью разъемного (цангового) соединения, что позволяет демонтировать ее с кассеты и монтировать обратно.

В модернизированную головку входят:

  • 1 - обечайка верхняя (Сталь 12Х18Н10Т);
  • 2 - обечайка нижняя (Сталь 12Х18Н10Т);
  • 3 - плита опорная (Сталь 12Х18Н10Т);
  • 4 - труба (Сталь 12Х18Н10Т);
  • 5 - 18 цанг (Сталь 12Х18Н10Т);
  • 6 - 19 пружин (Сталь ХН77Т10Р);
  • 7,8,11,12- втулки четырех типов (Сталь 12Х18Н10Т)
  • 9 - 3 гайки (Сталь08Х18Н10Т);
  • 10 - 3 шпильки (Сталь12Х18Н10Т).

Между подвижной плитой и втулками, вставленными в опорную плиту, на трубах с цанговыми захватами установлены 15 пружин. Три пружины периферийного ряда установлены на трубах между верхней плитой и втулками, вставленными в опорную плиту, и проходят сквозь отверстия в подвижной плите. Центральная пружина установлена между подвижной плитой и опорной плитой конической обечайки. Между цилиндрической и конической обечайками установлены три шпильки, используемые для предварительного поджатия пружин. Для ограничения перемещения конической обечайки вниз на трубах с цанговыми захватами предусмотрены бурты. Для компенсации неравномерного температурного роста направляющих каналов за счет индивидуального поджатия в головке, установленной на пучок ТВЭЛов между шайбой и опорной плитой, предусмотрен зазор, равный 6мм. Такая конструкция головки кассеты обеспечивает:

  • удержание кассеты от всплытия 19-ю пружинами;

  • демпфирование падения ПС СУЗ 16-ю пружинами;

  • постоянное прижатие цилиндрической обечайки к гнезду блока защитных труб в том числе и в процессе демпфирования ПС СУЗ при падении;

  • компенсацию неравномерности температурных и других удлинений напрвляющих каналов за счет их индивидуального поджатия;

  • запас хода пружинного блока до жесткого нагружения не менее 10мм при поджатии кассеты БЗТ;

  • уменьшение жесткости и рабочего усилия пружинного блока и, как следствие, уменьшение осевой нагрузки на направляющие каналы;

  • исключение возможности искривления каркаса кассеты под действием неравномерности температурных и других удлинений направляющих каналов путем их индивидуального поджатия пружинами.

Усилие поджатия пружин выбрано из условия удержания кассетами блока защитных труб и самих кассет от всплытия. Ход пружин при установке БЗТ и зажатии кассет крышкой реактора равен 12 4мм.

Верхняя обечайка модернизированной головки представляет собой трубу, на наружной поверхности которой имеются два ребра, а один из ее торцов заглушен плитой с отверстиями для прохода втулки опорной плиты, цанг и шпилек.

Плита служит упором для опорной плиты и трех пружин, проходящих через отверстия в опорной плите.

Назначение верхней обечайки и ее остальных элементов конструкции было описано выше.

В отличие от верхней обечайки головки кассеты 0401.00.00.000, верхняя обечайка модернизированной головки не имеет полости для размещения пружин.

Нижняя обечайка модернизированной головки представляет собой полый усеченный конус с плитами в обоих основаниях, снабженными отверстиями для прохода цанг и трубы. Конус и плита в нижнем основании снабжены дополнительно отверстиями для протока теплоносителя, а плита в верхнем основании - резьбовыми отверстиями для установки шпилек. Основные функции, выполняемые нижней обечайкой, мы уже рассмотрели выше.

Опорная плита через имеющийся выступ воспринимает нагрузки от удара ПС СУЗ со штангой привода при срабатывании аварийной защиты.

Труба служит направляющей для центральной пружины и для датчика замера энерговыделения при его установке в центральную трубу.

Цанги обеспечивают разъемное соединение головки с каналами кассеты.

Пружины модернизированной головки в отличие от пружин головки кассеты 0401.01.00.000 имеют увеличенный рабочий ход и обеспечивают постоянное сопряжение кассеты с гнездом в плите БЗТ и направляющими для ПС СУЗ.

Шпильки, гайки и втулки соединяют части головки в единую конструкцию.

Демонтаж модернизированной головки с кассеты осуществляется после предварительного поджатия нижней обечайки вверх, пока цанги не выйдут из положения фиксации в плите нижнего основания. Монтаж головки производится в обратном порядке.

Канал (направляющий) модернизированной кассеты 0401.03.00.000 состоит из втулки, наконечника и трубы, соединенных между собой с помощью сварки. Общий вид канала модернизированной кассеты 0401.03.00.000 вы видите на следующем чертеже:

Назначение канала и его конструктивных элементов мы уже рассмотрели выше. Втулка предназначена для разъемного соединения канала с цангой головки кассеты.

Назначение и описание конструкции центральной трубы были также уже изложены. Конструкция центральной трубы модернизированной кассеты 0401.03.00.000 несколько отличается от конструкции центральной трубы, используемой в кассете 0401.01.00.000. Отличия становятся особенно заметными, если чертежи центральных труб расположить рядом, как это сделано на паре следующих рисунков внизу:

Исполнение 0401.03.00.000

Исполнение 0401.01.00.000

ТВЭЛ модернизированной кассеты 0401.03.00.000 по своей конструкции аналогичен ТВЭЛу кассеты 0401.01.00.000, описание которого приведено выше. Исключение составляет топливная таблетка и заглушки. Общий вид ТВЭЛа модернизированной кассеты 0401.03.00.000 представлен на следующем рисунке:

Топливную таблетку мы рассмотрели выше.

Конструкция нижней заглушки позволяет закреплять ТВЭЛ в нижней решетке и осуществлять, при необходимости, его удаление из кассеты.

Верхняя заглушка имеет захватную часть для удаления ТВЭЛа из кассеты.

Внешний вид дистанционирующей решетки рассматриваемой кассеты представлен на следующем чертеже:

Внешний вид нижней решетки представлен на рисунке внизу:

В отличие от нижней решетки, используемой в кассетах, описанных ранее, нижняя решетка модернизированной кассеты 0401.03.00.000 имеет вместо уголков две пластины, посредством которых к ней присоединяют хвостовик. Крепление ТВЭЛ к нижней решетке осуществляется посредством раскрытия усиков наконечников (типа "ласточкин хвост"). Для обеспечения проектного времени падения ПС СУЗ в наконечниках направляющих каналов организованы 4 боковых отверстия Ш1.5мм и одно центральное отверстие Ш2мм.

Хвостовик модернизированной кассеты 0401.03.00.000 отличается от хвостовика кассеты 0401.01.00.000 конструкцией элементов крепления к нижней решетке и расположением подкрепляющих ее ребер. Общий вид хвостовика вы видите на следующем чертеже:

Расположение ребер, подлепляющих нижнюю решетку, и ее пластин после присоединения хвостовика обеспечивает доступ для обслуживания нижних заглушек ТВЭЛов.

В обеспечение повышения надежности работы ПС СУЗ разработана конструкция кассеты (вариант 2) с усовершенствованной головкой, которая позволяет исключить пережатие кассеты в условиях непроектных отклонений допусков на ВКУ и их сборку в реакторе. Реализация вышеуказанных положений осуществляется за счет конструктивного изменения схемы взаимодействия головки и НК и размещения в головке пружин с меньшей жесткостью и большим, по сравнению с пружинами серийной кассеты, ходом до соприкосновения витков. Соединение головки с направляющими каналами осуществляется с помощью цанговых устройств в отличие от серийной кассеты, где крепление НК осуществляется посредством сварки.

Головка кассеты (вариант 2) состоит из:

  • цилиндрической обечайки, соединенной с верхней плитой,
  • подвижной плиты,
  • блока пружин,
  • конической обечайки, соединяющей опорную и нижнюю плиты.

Сквозь отверстия в плитах головки проходят 18 труб с цанговыми захватами, с помощью которых осуществляется соединение головки с направляющими каналами. Между подвижной плитой и втулками, вставленными в опорную плиту, на трубах с цанговыми захватами установлены 15 пружин. Три пружины периферийного ряда установлены на трубах между верхней плитой и втулками, вставленными в опорную плиту, и проходят сквозь отверстия в подвижной плите. Центральная пружина установлена между подвижной плитой и опорной плитой конической обечайки. Между цилиндрической и конической обечайками установлены три шпильки, используемые для предварительного поджатия пружин. Для ограничения перемещения конической обечайки вниз на трубах с цанговыми захватами предусмотрены бурты. Для компенсации неравномерного температурного роста направляющих каналов за счет индивидуального поджатия в головке, установленной на пучок твэлов между шайбой и опорной плитой, предусмотрен зазор, равный 6мм.

Такая конструкция головки кассеты обеспечивает:

  • · удержание кассеты от всплытия 19-ю пружинами;

  • · демпфирование падения ПС СУЗ 16-ю пружинами;

  • · постоянное прижатие цилиндрической обечайки к гнезду блока защитных труб, в том числе и в процессе демпфирования ПС СУЗ при падении;

  • · компенсацию неравномерности температурных и других удлинений направляющих каналов за счет их индивидуального поджатия;

  • · запас хода пружинного блока до жесткого нагружения не менее 10мм при поджатии кассеты БЗТ;

  • · уменьшение жесткости и рабочего усилия пружинного блока и, как следствие, уменьшение осевой нагрузки на направляющие каналы;

  • · исключение возможности искривления каркаса кассеты под действием неравномерности температурных и других удлинений направляющих каналов путем их индивидуального поджатия пружинами.

Общий вид усовершенствованной головки приведен на рисунке слева:

Усилие поджатия пружин выбрано из условия удержания кассетами блока защитных труб и самих кассет от всплытия. Ход пружин при установке БЗТ и зажатии кассет крышкой реактора равен 12 ± 4 мм.

Крепление ТВЭЛ к нижней решетке осуществляется посредством раскрытия усиков наконечников (типа "ласточкин хвост"). Для обеспечения проектного времени падения ПС СУЗ в наконечниках направляющих каналов организованы 4 боковых отверстия D1,5 мм и одно центральное отверстие D2 мм.


Назад Содержание Дальше
Ядерное топливо реактора ВВЭР-1000   Тепловыделяющие сборки ТВС-А.