Описание и основные характеристики активной зоны реактора ввэр-440

ТВС и АРК

Активная зона реактора предназначена для регулируемого генерирования тепла и передачи его с поверхности тепловыделяющих элементов теплоносителю первого контура.

Активная зона реактора состоит из 312 РК и 37 кассет АРК, которые могут перемещаться в вертикальном направлении[23]. Активная зона реактора предназначена для эксплуатации в 6-годичном топливном цикле. В переходных загрузках активная зона сформирована профилированными РК со средним обогащением 4.21% и профилированными РК с уран-гадолиниевым топливом со средним обогащением 4.4%. В стационарных загрузках активная зона сформирована только профилированными РК с уран-гадолиниевым топливом со средним обогащением 4.4%[1].

Кассета АРК является рабочим органом системы управления и защиты и состоит из двух частей: ТВС (топливной части) и надставки, соединенных промежуточной штангой, которая в свою очередь сцепляется со штангой привода. Кассета АРК выполняет следующие основные функции:

• -обеспечивает быстрое прекращение цепной реакции деления в реакторе путем быстрого введения в активную зону поглотителя и одновременным выведением из активной зоны ее топливной части;
• -участвует в автоматическом регулировании в целях поддержания мощности реактора на заданном уровне и перевода его с одного уровня мощности на другой;
• -компенсирует быстрые изменения реактивности (температурный, мощностной эффекты, отравление и т. д.).

В активной зоне РК и ТВС кассеты АРК располагаются по треугольной решетке с шагом 147±0.3 мм.

Основные технические характеристики РК и кассет АРК, их основных узлов и деталей следующие[2]. Масса урана:

• -в РК — (120.2 ± 2.5) кг;
• -в ТВС — (115.2 ± 2.5) кг.

Расчетные значения масс:

• -общая масса РК — 215 кг;
• -общая масса кассеты АРК — 330 кг, в том числе :
• -ТВС — 220 кг;
• -надставка — 110 кг.

Габаритные и присоединительные размеры РК, ТВС и надставки указаны в чертежах.

Профилирование обогащения в поперечном сечении РК с твэлами из диоксида урана (UO₂) со средним обогащением 4.21% и РК с уран-гадолиниевым топливом со средним обогащением 4.4% представлено на чертежах.

В конструкции активной зоны, РК и кассет АРК, ее формирующих, реализованы следующие требования[22]:

• а) непревышение допустимых пределов повреждения оболочек твэлов в течение проектного срока службы;
• б) обеспечение и поддержание требуемой геометрии и положения твэлов в РК и ТВС, а также положение РК и кассет АРК в активной зоне;
• в) обеспечение возможности осевого и радиального расширения твэлов, РК и кассет АРК при температурных и радиационных воздействиях, разности давлений, взаимодействии топливных таблеток с оболочкой;
• г) обеспечение необходимого расхода и теплопередачи;
• д) обеспечение прочности при воздействии механических нагрузок в соответствующих проектных режимах;
• е) обеспечение вибростойкости при воздействии потока теплоносителя (учитывая перепад давления, пульсацию давления, нестабильность потока, вибрацию);
• ж) обеспечение стойкости материалов против коррозионных электрохимических, тепловых, механических и радиационных воздействий;
• з) непревышение заданных значений температуры топлива и оболочки;
• и) обеспечение стойкости поглощающих материалов во вкладышах от воздействия нейтронного потока, температуры, перепада и изменения давления, а также динамических воздействий, связанных со срабатыванием аварийной защиты или динамическими нагрузками;
• к) обеспечение возможности размещения внутри РК датчиков для контроля энерговыделения;
• л) обеспечение взаимозаменяемости свежих и частично выгоревших РК и ТВС путем унификации установочных размеров;
• м) обеспечение безопасности обращения с топливом, транспортировки его на АЭС и загрузки в реактор;
• н) выполнение критериев аварийного охлаждения зоны при всех авариях вплоть до максимально проектной, в качестве которой принят мгновенный разрыв ГЦТ Ду500 с беспрепятственным двухсторонним истечением теплоносителя при работе реактора на номинальной мощности с учетом возможности ее превышения за счет погрешностей и допусков системы контроля и совпадающий с полным обесточиванием станции:
  • 1) предотвращение расплавления зоны,
  • 2) перевод активной зоны в подкритичное состояние,
  • 3) возможность послеаварийного расхолаживания активной зоны, а также демонтажа кассет и ВКУ реактора.

Для первой переходной загрузки используются РК с твэлами из диоксида урана (UO₂)с номинальным размером чехла «под ключ» 143 мм и РК с УГТ с номинальным размером чехла «под ключ» 145 мм (рис. 3.1−3 и рис. 3.1−4). Для последующих переходных и стацонарной загрузок используются РК с твэлами из диоксида урана (UO₂) с номинальным размером чехла ''под ключ" 145 мм и РК с УГТ с номинальным размером чехла «под ключ» 145 мм[2]. РК состоит из пучка твэлов, твэгов, головки, хвостовика и чехловой шестигранной трубы. Твэлы в пучке располагаются по треугольной решетке с шагом 12.2 мм и объединены между собой дистанционирующими решетками «сотового» типа, механически закрепленными на центральной трубе, и нижней опорной решеткой, закрепленной на хвостовике. Верхняя дистанционирующая решетка имеет широкий обод, посредством которого верхняя часть пучка центрируется в верхней части чехловой трубы специально для данной цели предназначенными выступами в шестигранной трубе (пуклевками). Нижняя опорная решетка приваривается к хвостовику, предназначенному для установки РК в днище корзины реактора. В гнездо днища корзины реактора РК устанавливается хвостовиком, опираясь шаровой поверхностью на конусную часть гнезда.

Для ориентации в плане на хвостовике РК имеется фиксирующий палец, а в днище корзины соответствующий паз.

Головка РК жестко по шестигранной поверхности соединена с чехловой трубой. В головке РК имеются два пальца под транспортный захват перегрузочной машины и б подпружиненных упоров, удерживающих кассету от всплытия и компенсирующих тепловые расширения и технологические допуска ВКУ реактора. К нижнему торцу головки крепится защитная решетка. Твэлы закреплены в опорной решетке шплинтующей проволокой. Для компенсации теплового расширения и радиационного роста пучка твэлов относительно опорной решетки конструкция РК обеспечивает возможность удлинения твэлов на 25 мм.

В верхней и нижней частях чехла кассеты в районе головки и хвостовика имеются отверстия диаметром 9 ^+0.36 мм. (по два на каждой грани), предназначенные для радиальной разгрузки чехловой трубы от перепада давления теплоносителя в случае возникновения максимальной проектной аварии, связанной с разрывом Ду 500.

Рисунок 2.1- ТВС АРК.

Кассета АРК состоит из надставки и ТВС, связанных между собой промежуточной штангой.

Надставка представляет собой сварную конструкцию, внутри которой расположены шестигранные вкладыши из бористой стали, ТВС кассеты АРК по своей конструкции аналогична РК за исключением следующих отличий: хвостовик снабжен демпфером, чехол ТВС не имеет перфорации, а в головке ТВС нет подпружиненных упоров.

Кассета АРК через промежуточную штангу сцепляется и удерживается штангой привода СУЗ Головка ТВС снабжена захватным устройством байонетного типа с седлом под треугольный фиксатор, обеспечивающий зацепление с промежуточной штангой. Промежуточная штанга, проходя по центру надставки на всю ее высоту, сцепляется с захватным байонетным устройством, расположенном в головке ТВС, при этом фиксирующий треугольный стержень промежуточной штанги входит в седло головки ТВС, исключая тем самым поворот и последующее расцепление ТВС с промежуточной штангой.

В хвостовике ТВС располагается демпфирующее устройство (стакан), которое обеспечивает демпфирование кассеты АРК во всех аварийных режимах вплоть до режима, связанного с обрывом промежуточной штанги. Принцип демпфирования заключается в дросселировании теплоносителя (воды) через зазоры, образующиеся между стержнем, расположенным в днище шахты реактора, и стаканом хвостовика ТВС в момент падения кассеты АРК и посадки стакана на стержень.

Кроме того дросселирование воды происходит еще через отверстие диаметром 3 мм[22], расположенное в днище стакана хвостовика ТВС.

Управление цепной реакцией в. активной зоне реактора осуществляется кассетами АРК путем вертикального перемещения их приводами. Перед началом работы реактора все надставки находятся в активной зоне, а ТВС кассет АРК под активной зоной в демпферных трубах (каналах) днища шахты. При работе реактора все надставки, за исключением регулирующей группы, выводятся из активной зоны, а ТВС кассет АРК вводятся в активную зону. ТВС регулирующей группы кассет АРК частично погружены в активную зону.

Все кассеты АРК разделены на 6 групп. В пределах каждой группы объединено по 6 ТВС, а в одной управляющей группе — 7. Нормальная скорость перемещения кассет АРК в режиме регулирования постоянна и составляет 0.02 м/с. В аварийном режиме при обесточивании электродвигателя и в режиме аварийной защиты скорость движения (падения) кассеты АРК составляет (0,2−0,3) м/с. Расход теплоносителя через пучок РК, ТВС и надставку составляет 100 -130 м³/ч.

Срок службы кассет в реакторе[22]:

• -РК — 5 лет;
• -ТВС — 4 года, в том числе :
• -в управляющей группе — не более 2 лет;
• -надставка — не более 10 лет, в том числе:
• -в управляющей группе — не более 4 лет.