反应堆结构课件.ppt

1、 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1 1核岛调试处核岛调试处 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC2 21.压水堆结构概述压水堆结构概述2.反应堆压力容器反应堆压力容器3.堆内构件堆内构件4.堆芯结构堆芯结构5.控制棒组件控制棒组件6.控制棒驱动机构控制棒驱动机构7.堆内测量装置堆内测量装置8.反应堆本体运行问题反应堆本体运行问题 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC3 3反应堆的功能反应

2、堆的功能 堆芯是核反应堆的心脏，是实现持续链式核堆芯是核反应堆的心脏，是实现持续链式核裂变反应的区域。裂变反应的区域。l 确保堆芯能按核设计要求进行安全的可控的确保堆芯能按核设计要求进行安全的可控的链式反应；链式反应；l 确保核裂变释放的热量能按热工水力设计要确保核裂变释放的热量能按热工水力设计要求有效地导出；求有效地导出；l 实现三道屏障的前两道屏障实现三道屏障的前两道屏障 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC4 4l 堆芯功率应尽量均匀，以便使堆芯有最大的功率输出；堆芯功率应尽量均匀，以便使堆芯有最大的功率输出；l 尽量减

3、少堆芯内不必要的尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料中子吸收材料，以提高中子经，以提高中子经济性；济性；l 有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力；有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力；l 有较长的堆芯寿命，以适当减少换料操作次数；有较长的堆芯寿命，以适当减少换料操作次数；l 堆芯结构紧凑，换料操作简易方便。堆芯结构紧凑，换料操作简易方便。堆芯设计应满足的基本要求堆芯设计应满足的基本要求 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC5 5l 压力容器（俗称压力壳）压力容器（俗称压力壳）Reactor Pressure Vessel(R

4、PV)l 堆芯堆芯(Core)l 堆内构件堆内构件(Reactor Vessel Internals)l 控制棒驱动机构控制棒驱动机构 Control Rod Drive Mechanism（CRDM)反应堆本体主要包括：反应堆本体主要包括：中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC6 6 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7 7 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8 8 中广核工程公司调试部核

5、岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9 9l 堆芯的重量由下栅格板承受堆芯的重量由下栅格板承受l 下栅格板由堆芯支撑柱承重下栅格板由堆芯支撑柱承重l 支撑柱的力传递到堆芯支撑板支撑柱的力传递到堆芯支撑板l 堆芯支撑板通过吊篮传递给压力容器上法兰堆芯支撑板通过吊篮传递给压力容器上法兰l 上部构件的重量通过导向管支撑板传递给压力容器上部构件的重量通过导向管支撑板传递给压力容器上法兰上法兰l 压力容器的重力通过管嘴下部传递给基础压力容器的重力通过管嘴下部传递给基础l 吊篮断裂则由二次支撑组件承重吊篮断裂则由二次支撑组件承重力的传递了解各个部件的功能力的传

6、递了解各个部件的功能 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1010冷端双端断裂后吊篮的变形冷端双端断裂后吊篮的变形 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1111其它其它l 吊篮还用于建立一回路的流向通道吊篮还用于建立一回路的流向通道l 围板、吊篮、热屏用于降低围板、吊篮、热屏用于降低RPV的辐照水平的辐照水平 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1212常用词汇常用词汇l压力容器：压力容器：R

7、eactor Pressure Vessel(RPV)l堆芯堆芯：Corel堆内构件堆内构件:Reactor Vessel Internalsl控制棒驱动机构控制棒驱动机构:Control Rod Drive Mechanism（CRDM)l顶盖：顶盖：Monobloc Closure Headl排气管：排气管：Vent Pipel吊篮：吊篮：Core Barrell围板：围板：Bafflel支撑板：支撑板：Core Support Forgingl下栅格板：下栅格板：Lower Core Platel流量分配孔板：流量分配孔板：Diffuser Platel热屏：热屏：Thermal Shi

8、eldl二次支撑组件：二次支撑组件：Secondary Support assembly 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1313安全一级设备，规范等级为一级，抗震类别为安全一级设备，规范等级为一级，抗震类别为I类类,质保要求为核级（质保要求为核级（H级）。级）。反应堆压力容器的设计、制造、反应堆压力容器的设计、制造、安装和试验应与其安全功能相安装和试验应与其安全功能相适应，采用公认法规和标准时，适应，采用公认法规和标准时，应对其进行评价，保证满足反应对其进行评价，保证满足反应堆压力容器的安全功能。应堆压力容器的安全功能。

9、在设计、制造、安装和试验中，在设计、制造、安装和试验中，必须使异常泄漏、裂纹快速扩必须使异常泄漏、裂纹快速扩展及破坏的概率降低到最小。展及破坏的概率降低到最小。应能承受各种工况下的静态和应能承受各种工况下的静态和动态载荷，并保持其结构完整动态载荷，并保持其结构完整性。性。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1414l 包容反应堆堆芯燃料组件，固定、支承堆内构件，确保燃料包容反应堆堆芯燃料组件，固定、支承堆内构件，确保燃料组件按规定位置在堆芯内支撑和定位；确保冷却剂按规定流组件按规定位置在堆芯内支撑和定位；确保冷却剂按规定流道畅

10、通无阻，将热量带出反应堆。道畅通无阻，将热量带出反应堆。l 作为一回路的一部分，压力容器是冷却剂与外界的压力边界。作为一回路的一部分，压力容器是冷却剂与外界的压力边界。它需要承受堆芯核裂变强它需要承受堆芯核裂变强放射性、中子的辐照及冷却剂的放射性、中子的辐照及冷却剂的高温、高压载荷，还需要承受控制棒可能发生的撞击和一回高温、高压载荷，还需要承受控制棒可能发生的撞击和一回路管道传递的力。压力容器的承压密封可以避免放射物质外路管道传递的力。压力容器的承压密封可以避免放射物质外逸。逸。l 与堆内构件一起，作为生物屏蔽对工作人员起防护作用。与堆内构件一起，作为生物屏蔽对工作人员起防护作用。l 利用压力

11、容器顶部和底部的控制棒驱动机构、测量装置，控利用压力容器顶部和底部的控制棒驱动机构、测量装置，控制反应堆，监测堆芯温度、中子通量密度。制反应堆，监测堆芯温度、中子通量密度。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1515 压力容器属于在核电站寿期内不压力容器属于在核电站寿期内不更换的设备，在运行中压力容器更换的设备，在运行中压力容器被中子活化后具有强放射性，无被中子活化后具有强放射性，无法对其进行近距离检查和维修，法对其进行近距离检查和维修，因此电站堆压力容器使用寿命要因此电站堆压力容器使用寿命要求不少于求不少于40年。年。中广核

12、工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1616材料应具有高度的完整性材料应具有高度的完整性保证材质纯度保证材质纯度很好的渗透性、小的很好的渗透性、小的偏析偏析成分和性能的均匀性成分和性能的均匀性很好的可焊性很好的可焊性材料应具有适当的强度和足够的韧性材料应具有适当的强度和足够的韧性防止脆性断裂的根本途径是防止脆性断裂的根本途径是韧性韧性（材料抗裂纹扩展的能力（材料抗裂纹扩展的能力）脆性断裂脆性断裂是最严重的是最严重的失效形式失效形式材料应具有低的辐照敏感性材料应具有低的辐照敏感性辐照提高了强度，降低了塑性，因而加剧脆性破坏的可能性，应

13、控辐照提高了强度，降低了塑性，因而加剧脆性破坏的可能性，应控制和降低材料的辐照催化倾向制和降低材料的辐照催化倾向导热性能好导热性能好便于加工制造、成本低廉便于加工制造、成本低廉 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC1717核压力容器的工况虽然苛刻，但使用的材料并不特殊，也是由工程通用材核压力容器的工况虽然苛刻，但使用的材料并不特殊，也是由工程通用材料派生的。料派生的。普遍选用的是普遍选用的是低合金钢低合金钢锰锰-钼钼系列系列 C0.25%、Mn:1.151.5%、Mo:0.6%、Ni:0.41.0%其余为其余为Fe 良好的导热

14、性；良好的导热性；很好的可焊性很好的可焊性 脆性转变温度较低；（一般在脆性转变温度较低；（一般在-30-30至至55）抗辐照脆化能力；抗辐照脆化能力；便于加工，成本较低。便于加工，成本较低。改善低合金钢抗辐照脆化能力的主要措施有：改善低合金钢抗辐照脆化能力的主要措施有：严格限制严格限制铜和磷铜和磷这两个主要的这两个主要的有害元素有害元素（Cu0.10%,P0.012%Cu0.10%,P=1.22l 充氦气充氦气(2MPa)：改善燃料芯块改善燃料芯块-包壳之间的传热包壳之间的传热 减少冷却剂压力对包壳形成的压应力减少冷却剂压力对包壳形成的压应力,可以减少包壳可以减少包壳的蠕变，从而限制燃料的蠕变

15、，从而限制燃料-包壳的相互作用包壳的相互作用 压紧弹簧 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC6464燃料芯块燃料芯块 l制作：由低富集度的二氧化铀粉末经冷压，制作：由低富集度的二氧化铀粉末经冷压，烧结成所需要密度的陶瓷型芯块，经滚磨成烧结成所需要密度的陶瓷型芯块，经滚磨成一定尺寸（直径一定尺寸（直径8.19mm，高度，高度13.5mm）的）的正圆柱体。正圆柱体。l外形：正圆柱体，芯块端面成蝶形外形：正圆柱体，芯块端面成蝶形+倒角倒角lUO2芯块属于稳定的化合物，与水在高温下芯块属于稳定的化合物，与水在高温下不发生反应，熔化温度

16、高达不发生反应，熔化温度高达2800，燃耗可，燃耗可达达33000 MWd/tU以上以上lUO2芯块的缺点是密度低（芯块的缺点是密度低（10.4 g/cm3）；）；导热性差；释放裂变气体使包壳内压在燃料导热性差；释放裂变气体使包壳内压在燃料寿期末高达寿期末高达150大气压；高温、辐照下会膨胀、大气压；高温、辐照下会膨胀、致密、龟裂。二氧化铀导热率小，致使铀芯致密、龟裂。二氧化铀导热率小，致使铀芯温度远比芯块周边温度高（径向温度梯度温度远比芯块周边温度高（径向温度梯度1000/cm）。）。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC65

17、65l 描述：燃料包壳上竹节状隆起l 起因：l 由于燃料的热膨胀分均匀和非均匀两部分。由温度梯度存在时，有限圆柱体内部的温度比外部的温度高得多，因而内部伸长比外部大，结果使圆柱形芯块成为“扯铃”状。l 燃料元件受到辐照后，变成扯铃状，造成元件棒沿轴向每隔一定距离就发生“环脊”现象。圆柱状扯铃状竹节状 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC6666l 在功率运行时，二氧化铀芯块内存在在功率运行时，二氧化铀芯块内存在100010000 0C/cmC/cm以上的以上的温度梯度，在该温度梯度作用下（圆柱体内部的温度比温度梯度，在该温度梯

18、度作用下（圆柱体内部的温度比外部的温度高得多外部的温度高得多)，圆柱形的燃料芯块变成，圆柱形的燃料芯块变成“扯铃扯铃”形状；而且辐照也是形成环脊变形的重要原因。为了减形状；而且辐照也是形成环脊变形的重要原因。为了减小芯块在温度和辐照作用下的膨胀和肿胀，减少芯块与小芯块在温度和辐照作用下的膨胀和肿胀，减少芯块与包壳的相互作用，导致重叠放置的芯块总长度增加，两包壳的相互作用，导致重叠放置的芯块总长度增加，两端面做成蝶形。端面做成蝶形。l 为了避免端头边缘与包壳之间产生局部应力，在边缘处为了避免端头边缘与包壳之间产生局部应力，在边缘处加工成倒角。加工成倒角。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公

19、司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC6767l 密度高是好的：可以使芯块的温度下降；密度高是好的：可以使芯块的温度下降；l 但是低密度芯块亦有利：高燃耗下，为了减小肿胀需但是低密度芯块亦有利：高燃耗下，为了减小肿胀需要有气孔要有气孔l 实践中一般认为目前芯块密度是理论密度实践中一般认为目前芯块密度是理论密度（10.98g/cm3）的的92%-95%；l 现代压水堆都取现代压水堆都取95%UO2理论密度为芯块的密度。理论密度为芯块的密度。l 大亚湾核电厂的芯块密度为大亚湾核电厂的芯块密度为10.4g/cm3。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处

20、20072007年年1111月月CNPEC6868l 为获得合适的芯块显微结构，使烧结后芯块内部存在为获得合适的芯块显微结构，使烧结后芯块内部存在些细孔，即些细孔，即可以容纳绝大部分裂变气体，又使芯块致密化效应减至最少。可以容纳绝大部分裂变气体，又使芯块致密化效应减至最少。致密化效应：燃料芯块在低燃耗时芯块的体积可能因辐照而收缩称为致密化效应：燃料芯块在低燃耗时芯块的体积可能因辐照而收缩称为密实现象，可能导致包壳的塌陷。密实现象，可能导致包壳的塌陷。l 试验表明，采用大晶粒、并尽量减少小于试验表明，采用大晶粒、并尽量减少小于2 2m m以下的气孔的芯块以下的气孔的芯块l 芯块端面呈浅碟形和芯块

21、内部存在细孔这两项措施，对于防止燃料芯块端面呈浅碟形和芯块内部存在细孔这两项措施，对于防止燃料芯块的辐照肿胀引起包壳蠕变导致包壳破损也有明显的良好效果。芯块的辐照肿胀引起包壳蠕变导致包壳破损也有明显的良好效果。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC6969l 三道屏障的第一道屏障三道屏障的第一道屏障l 材料：锆材料：锆-4合金合金l 包壳外径包壳外径9.5mml 壁厚壁厚(0.57mm)的考虑：的考虑：u 结构强度：结构强度：抵抗冷却剂的外压，不发生倒塌而保持其形状；抵抗冷却剂的外压，不发生倒塌而保持其形状；随着燃耗的加深，包壳

22、管因燃料肿胀和裂变气体压力而造成的周向变形，不随着燃耗的加深，包壳管因燃料肿胀和裂变气体压力而造成的周向变形，不应该超过经验所确定的极限值。应该超过经验所确定的极限值。u 腐蚀：腐蚀：氢脆效应，到燃料寿期末包壳的吸氢量不得超过容许值氢脆效应，到燃料寿期末包壳的吸氢量不得超过容许值 包壳的腐蚀量不得大到破坏包壳材料完整性程度。（包壳的腐蚀量不得大到破坏包壳材料完整性程度。（820,锆水反应，释放热量和氢气。失水事故要注意锆水反应，释放热量和氢气。失水事故要注意222Zr+2H OZrO+2H 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC

23、7070 Zr+HZrH，ZrH使材料性能变脆，使材料性能变脆，即氢脆效应。即氢脆效应。措施措施 控制芯块的含水量控制芯块的含水量 UO2容易从周围吸收水份，在反应堆启动后，燃料吸容易从周围吸收水份，在反应堆启动后，燃料吸收的水分将释放出来，并在辐照作用下分解为氢氧收的水分将释放出来，并在辐照作用下分解为氢氧根和氢，其中氢被锆合金吸收形成氢化锆。根和氢，其中氢被锆合金吸收形成氢化锆。规定每规定每3.66m不得超过不得超过60mg的含水量或每块芯块的含的含水量或每块芯块的含水量不得超过水量不得超过10ppm。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年111

24、1月月CNPEC7171芯块与包壳间留有轴向空腔和径向间隙芯块与包壳间留有轴向空腔和径向间隙(0.085mm)补偿轴向热膨胀和肿胀补偿轴向热膨胀和肿胀 容纳裂变气体容纳裂变气体为了防止燃料棒在运输、吊装和运行过程中芯块在包壳内窜动，在为了防止燃料棒在运输、吊装和运行过程中芯块在包壳内窜动，在轴向空腔处装入压紧弹簧。轴向空腔处装入压紧弹簧。预充压技术预充压技术2MPa的氦气的氦气 防止包壳管的蠕变塌陷防止包壳管的蠕变塌陷 改善燃料元件的传热性能改善燃料元件的传热性能 降低运行过程中包壳管的内外压差，当燃料元件棒工作到接近寿降低运行过程中包壳管的内外压差，当燃料元件棒工作到接近寿期终了时，包壳管内

25、氦气加上裂变气体的总压力同包壳管外面冷期终了时，包壳管内氦气加上裂变气体的总压力同包壳管外面冷却剂的工作压力值相近。却剂的工作压力值相近。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7272l 隔热片隔热片 隔热片又叫芯块支承板，用来减小燃料芯块的轴向隔热片又叫芯块支承板，用来减小燃料芯块的轴向传热，减小端塞热应力和压紧弹簧的温度。材料为传热，减小端塞热应力和压紧弹簧的温度。材料为三氧化二铝陶瓷片，置于燃料芯块组合体的两端。三氧化二铝陶瓷片，置于燃料芯块组合体的两端。l 压紧弹簧压紧弹簧 压紧弹簧用来防止芯块在运输、吊装过程中轴向窜压

26、紧弹簧用来防止芯块在运输、吊装过程中轴向窜动。一般用镍基不锈钢作材料，置于包壳管内上端动。一般用镍基不锈钢作材料，置于包壳管内上端塞与上部隔热片之间空腔内。塞与上部隔热片之间空腔内。l 端塞端塞 燃料棒的上下部用端塞与包壳管焊接密封，以防止燃料棒的上下部用端塞与包壳管焊接密封，以防止氦气及裂变气体逸出，冷却剂进入，同时使压紧弹氦气及裂变气体逸出，冷却剂进入，同时使压紧弹簧产生预压力，压住隔热片和燃料芯块。另外，在簧产生预压力，压住隔热片和燃料芯块。另外，在组件组装时端塞有上下抽插的用途。上端塞有一个组件组装时端塞有上下抽插的用途。上端塞有一个进气孔，以便在燃料棒制成后进行充气，随后将其进气孔，

27、以便在燃料棒制成后进行充气，随后将其焊接密封。焊接密封。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7373功能功能:l确保燃料组件的刚度和强度，确保燃料组件的刚度和强度，l承受整个组件的重量，承受整个组件的重量，l流体力产生的振动和压力波动，流体力产生的振动和压力波动，l承受控制棒快速落棒时的冲击力，并作为控制棒导向，承受控制棒快速落棒时的冲击力，并作为控制棒导向，l保证组件在堆内可靠地工作和燃料装卸及运输的安全保证组件在堆内可靠地工作和燃料装卸及运输的安全。包括包括 定位格架定位格架 控制棒导向管控制棒导向管 中子通量测量管中子通

28、量测量管 下管座下管座 上管座上管座 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7474上管座外形：一个箱式结构上管座外形：一个箱式结构作用：作用：燃料组件上部构件燃料组件上部构件并构成了一个水腔，加热了的冷却剂并构成了一个水腔，加热了的冷却剂由燃料组件上管座流向堆芯上栅格板由燃料组件上管座流向堆芯上栅格板的流水孔的流水孔上管座还构成燃料组件的相关部件的上管座还构成燃料组件的相关部件的护罩护罩组成：组成：承接板（承接板（304型不锈钢）型不锈钢）围板（围板（304型不锈钢）型不锈钢）顶板（顶板（304型不锈钢）型不锈钢）四个板弹簧（

29、因科镍四个板弹簧（因科镍718）相配的零件（相配的零件（304型不锈钢）型不锈钢）板弹簧板弹簧围板围板顶板顶板承接板承接板围板围板 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7575呈正方形，呈正方形，上面加工了许多长上面加工了许多长孔孔 让冷却剂流经让冷却剂流经此板此板加工成的圆形孔加工成的圆形孔 用于与导向管用于与导向管相连相连承接板起燃料组件承接板起燃料组件上格板的作用，即上格板的作用，即使燃料棒保持一定使燃料棒保持一定的栅距又能防止燃的栅距又能防止燃料棒从组件中向上料棒从组件中向上弹出。弹出。围板是正方形薄壁管式围板是正方形

30、薄壁管式壳体，它组成了管座的壳体，它组成了管座的水腔。水腔。顶板是正方形中心带孔顶板是正方形中心带孔的方板，以便控制棒束的方板，以便控制棒束通过管座插入燃料组件通过管座插入燃料组件的导向管，并使冷却剂的导向管，并使冷却剂从燃料组件导入上部堆从燃料组件导入上部堆内构件区域。内构件区域。顶板的对角线上有两顶板的对角线上有两个带有直通孔的凸台，个带有直通孔的凸台，它们使燃料组件顶部它们使燃料组件顶部定位和对中。定位和对中。与下管座相似，上管与下管座相似，上管座顶板上的定位孔与座顶板上的定位孔与堆芯上栅格板的定位堆芯上栅格板的定位销相配合。销相配合。板弹簧通过锁紧螺钉固定在顶板板弹簧通过锁紧螺钉固定在

31、顶板上。上。弹簧的形状为向上弯曲凸出燃料弹簧的形状为向上弯曲凸出燃料组件，而自由端弯曲朝下插入顶组件，而自由端弯曲朝下插入顶板的键槽内板的键槽内当堆内构件入堆时，堆芯上栅格当堆内构件入堆时，堆芯上栅格板将板弹簧压下引起弹簧挠曲而板将板弹簧压下引起弹簧挠曲而产生的压紧力将足以抵消冷却剂产生的压紧力将足以抵消冷却剂的水流冲力。的水流冲力。板弹簧的设计及其与上管座顶板板弹簧的设计及其与上管座顶板键槽的配合使得在弹簧断裂这种键槽的配合使得在弹簧断裂这种概率极小的事故情况下，既可防概率极小的事故情况下，既可防止零件松脱掉入堆内，又能防止止零件松脱掉入堆内，又能防止弹簧的任何一端卡入控制棒的通弹簧的任何一

32、端卡入控制棒的通道，这就避免了棒束控制组件正道，这就避免了棒束控制组件正常运动中可能发生阻碍的危险常运动中可能发生阻碍的危险。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7676 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7777下管座外形：下管座外形：一个正方形箱式结构一个正方形箱式结构作用：作用：它起着燃料组件底部构件的作它起着燃料组件底部构件的作用，用，又对流入燃料组件的冷却剂起又对流入燃料组件的冷却剂起着流量分配作用。着流量分配作用。组成：组成：一块方形孔板：起冷却

33、剂流量一块方形孔板：起冷却剂流量分配的作用，又使燃料棒不能分配的作用，又使燃料棒不能通过孔板。通过孔板。四个支撑脚：支撑脚焊在方形四个支撑脚：支撑脚焊在方形孔板上形成一个水腔，以供冷孔板上形成一个水腔，以供冷却剂流入燃料组件。却剂流入燃料组件。材料：材料：都用都用304304型不锈钢制造。型不锈钢制造。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7878l 导向管与下管座的连接借助其导向管与下管座的连接借助其螺螺纹塞头纹塞头来实现，来实现，螺纹塞头的端部带有一个卡紧的薄螺纹塞头的端部带有一个卡紧的薄壁圆环，用胀管工具使圆环机械地壁圆环

34、，用胀管工具使圆环机械地变形并镶入管座内带凹槽的扇形孔变形并镶入管座内带凹槽的扇形孔中；螺纹塞头旋紧在锆合金端塞的中；螺纹塞头旋紧在锆合金端塞的螺孔中将导向管锁紧在下管座中。螺孔中将导向管锁紧在下管座中。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC7979l燃料组件中，燃料棒沿长度方向由八层格架燃料组件中，燃料棒沿长度方向由八层格架夹住定位，这种定位使棒的间距在组件的设夹住定位，这种定位使棒的间距在组件的设计寿期内得以保持。计寿期内得以保持。l格架的夹紧力设计：格架的夹紧力设计：l既使可能发生的振动磨蚀到最小既使可能发生的振动磨蚀到最

35、小l又允许有不同的热膨胀滑移又允许有不同的热膨胀滑移l也不致引起包壳的超应力。也不致引起包壳的超应力。l格架材料格架材料l由锆由锆-4-4合金条带制成合金条带制成l格架形状格架形状l呈呈l7l71717正方栅格排列正方栅格排列 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8080l 条带的交叉处用电子束焊双边条带的交叉处用电子束焊双边点焊连接。点焊连接。l 外条带比内条带厚，内条带的外条带比内条带厚，内条带的端部焊在外条带上。端部焊在外条带上。l 在格架的四周外条带的上缘设在格架的四周外条带的上缘设有导向翼，并按照避免装卸操有导向翼，

36、并按照避免装卸操作时相邻组件的格架相互干扰作时相邻组件的格架相互干扰的方式来布置。的方式来布置。l 定位格架点焊在导向管上与其定位格架点焊在导向管上与其相连。相连。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8181在格架栅元中，燃料棒的一边由在格架栅元中，燃料棒的一边由弹簧弹簧施力，施力，另一边顶住另一边顶住锆合金条带上冲出的两个刚性锆合金条带上冲出的两个刚性凸起凸起，两边的力共同作用使棒保持中心位，两边的力共同作用使棒保持中心位置。置。弹簧力是由跨夹在锆合金条带上的弹簧力是由跨夹在锆合金条带上的因因科镍科镍718718制的弹簧夹子

37、产生的，并在上制的弹簧夹子产生的，并在上下相接面上点焊，以把条带全部围起下相接面上点焊，以把条带全部围起来。来。最终成形的弹簧组合件形成两个相背最终成形的弹簧组合件形成两个相背的弹簧分别顶住相邻栅元的两根燃料的弹簧分别顶住相邻栅元的两根燃料棒，这样，弹簧作用在条带上的力自棒，这样，弹簧作用在条带上的力自然抵消了，也就减少了格架的应力。然抵消了，也就减少了格架的应力。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8282l 弹簧定位格架是压水堆燃料组件的关键部件之一。定位格架设弹簧定位格架是压水堆燃料组件的关键部件之一。定位格架设计的好，

38、可以提高反应堆出力或增加反应堆热工安全裕量。计的好，可以提高反应堆出力或增加反应堆热工安全裕量。l 在高通量区的六个格架（即从下至上第在高通量区的六个格架（即从下至上第2 2至第至第7 7个格架）在内条个格架）在内条带上还设置有搅混翼，以促进冷却剂流的混合，有利于燃料棒带上还设置有搅混翼，以促进冷却剂流的混合，有利于燃料棒的冷却和传热。的冷却和传热。l 但是在下述部位的情况不同：但是在下述部位的情况不同：v 外条带上只有刚性凸起外条带上只有刚性凸起v 在导向管栅元里不需要设置弹簧在导向管栅元里不需要设置弹簧v 定位格架通过条带上的调节片直接点焊在导向管上与之相连。定位格架通过条带上的调节片直接

39、点焊在导向管上与之相连。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8383l 在标准的在标准的17171717燃料组件中，导向管占燃料组件中，导向管占据据2424个栅元个栅元l 作用：为控制棒插入和提出提供了导向作用：为控制棒插入和提出提供了导向的通道的通道l 材料：由一整根锆材料：由一整根锆-4-4合金管子制成合金管子制成l 其下段在第一和第二格架之间直径缩小，其下段在第一和第二格架之间直径缩小，在紧急停堆时，当控制棒在导向管内接在紧急停堆时，当控制棒在导向管内接近行程底部时，它将起缓冲作用近行程底部时，它将起缓冲作用l 流水孔：

40、冷却控制棒流水孔：冷却控制棒 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8484以保证控制棒的冲击速度被限制在棒束控制组以保证控制棒的冲击速度被限制在棒束控制组件最大的容许速度之内，又使缓冲段内因减速件最大的容许速度之内，又使缓冲段内因减速而产生的最大压力引起导向管的应力不超过最而产生的最大压力引起导向管的应力不超过最大许用应力。大许用应力。缓冲段的过渡区呈锥形，以避免管径过快变化，缓冲段的过渡区呈锥形，以避免管径过快变化，在过渡区上方开有流水孔，在过渡区上方开有流水孔，正常运行时有一定的冷却水流入管内进行冷却，正常运行时有一定的冷

41、却水流入管内进行冷却，紧急停堆时水能部分地从管内流出。紧急停堆时水能部分地从管内流出。缓冲段以下在第一层格架的高度处，导向管扩缓冲段以下在第一层格架的高度处，导向管扩径至正常管径，使这层格架与上面各层格架以径至正常管径，使这层格架与上面各层格架以相同的方式与导向管相连。相同的方式与导向管相连。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8585中子通量测量管l 放在燃料组件中心位置的通量测量管用来容纳堆芯通量探测仪的钢护套管。l 通量测量管由锆-4合金制成，直径上下一致，其在格架中的固定方法与导向管相同。中广核工程公司调试部核岛调试处

42、中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8686l 上、下管座高度分别缩短上、下管座高度分别缩短3.55mm和和8mm，增加了上、，增加了上、下管座间的内部距离，为燃料棒气腔增长提供了空间；下管座间的内部距离，为燃料棒气腔增长提供了空间；l 优化结构格架设计并增加了三个中间搅混格架优化结构格架设计并增加了三个中间搅混格架(MSMG)，较大地增加了热工裕量；较大地增加了热工裕量；l 增加了导向管厚度增加了导向管厚度(含中子通量管含中子通量管)，使燃料组件刚度增，使燃料组件刚度增加了加了25%30%，克服了组件弯曲而引起的控制棒不完，克服了组件弯曲而引起的控制棒不

43、完全插入的问题；全插入的问题；l 燃料棒和其气腔的长度分别增加了燃料棒和其气腔的长度分别增加了15.6mm 和和16.3mm；制造状态下气腔的内压降低了制造状态下气腔的内压降低了1.1MPa，包壳材料改用，包壳材料改用M5（Zr-1%,Nb铌铌-0.12%O），其氧化、氢化、燃料棒，其氧化、氢化、燃料棒辐照生长和蠕变分别是辐照生长和蠕变分别是Zr-4 包壳的包壳的1/3、1/6、1/2 和和1/3。明显地提高了燃料棒的可靠性；。明显地提高了燃料棒的可靠性；l 采用采用Gd2O3 作可燃毒物。作可燃毒物。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月

44、月CNPEC8787 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC88885.1 概述概述5.2 控制棒组件控制棒组件5.3 可燃毒物组件可燃毒物组件5.4 中子源组件中子源组件5.5 阻力塞阻力塞 中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC8989 总体而言，每个控制棒组件、可燃毒物组件以及中子总体而言，每个控制棒组件、可燃毒物组件以及中子源组件在燃料组件中的位置是类似的，都是都占据燃源组件在燃料组件中的位置是类似的，都是都占据燃料组件中除去燃料元件的料组件中除去燃料元件

45、的264264个位置和一个中子测量个位置和一个中子测量通道以外的的通道以外的的2424个位置。个位置。l 控制棒组件：控制棒组件：G G棒、棒、R R棒与棒与N N棒数目始终不变，但棒数目始终不变，但S S棒数棒数目会随换料周期有变化目会随换料周期有变化l 中子源组件：初级中子源只在第一循环使用，第二循中子源组件：初级中子源只在第一循环使用，第二循环之后取出；次级中子源一直保留环之后取出；次级中子源一直保留l 可燃毒物组件：只在第一循环使用，之后取出可燃毒物组件：只在第一循环使用，之后取出l 阻力塞：除去有控制棒与这些组件以外的位置全部用阻力塞：除去有控制棒与这些组件以外的位置全部用阻力塞塞住

46、。阻力塞塞住。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9090每一种组件都包括：每一种组件都包括：l一一个压紧组件形成的支承结构。个压紧组件形成的支承结构。四种堆芯相关组件的压紧组件四种堆芯相关组件的压紧组件结构都是相同的，它放置在燃结构都是相同的，它放置在燃料组件上管座的承接板上。料组件上管座的承接板上。l2424根棒束。根棒束。每根棒的上端塞先用螺纹拧紧每根棒的上端塞先用螺纹拧紧到压紧组件上，然后用销钉定到压紧组件上，然后用销钉定位，最后将销钉焊接固定。位，最后将销钉焊接固定。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部

47、核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9191l材料：零部件全部用材料：零部件全部用304304型不锈钢制造。型不锈钢制造。l底板底板：底板上钻有固定可燃毒物棒、中底板上钻有固定可燃毒物棒、中子源棒和阻力塞的螺纹孔子源棒和阻力塞的螺纹孔，有，有留有冷却留有冷却剂流经的通道。底板承放在燃料组件上剂流经的通道。底板承放在燃料组件上管座的承接板上，而在这两块板之间留管座的承接板上，而在这两块板之间留有水流通过的空间。有水流通过的空间。l弹簧导向筒：与底板相焊，为内外两圈弹簧导向筒：与底板相焊，为内外两圈螺旋形压紧弹簧提供横向支承。螺旋形压紧弹簧提供横向支承。l轭板：轭板：由弹簧导向筒

48、的槽沟内滑动的两由弹簧导向筒的槽沟内滑动的两个销钉定位和导向，轭板与弹簧导向筒个销钉定位和导向，轭板与弹簧导向筒配合并且当上部堆芯板就位时，通过轭配合并且当上部堆芯板就位时，通过轭板压缩压紧弹簧，使堆芯相关组件定位。板压缩压紧弹簧，使堆芯相关组件定位。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9292l 中心毂环：毂环上端加上多道凹中心毂环：毂环上端加上多道凹槽，以便与传动轴相啮合并供吊槽，以便与传动轴相啮合并供吊装用，毂环底端为一体的圆筒。装用，毂环底端为一体的圆筒。l 弹簧弹簧(用因科镍用因科镍718718制制)：与毂环：与毂环

49、底端成整体的圆筒中设置有弹簧底端成整体的圆筒中设置有弹簧组件，以便在紧急停堆时，当棒组件，以便在紧急停堆时，当棒束控制组件与燃料组件上管座的束控制组件与燃料组件上管座的连接板相撞击时吸收冲击能量。连接板相撞击时吸收冲击能量。l 固定弹簧用的螺柱及弹簧托环固定弹簧用的螺柱及弹簧托环（用（用A1S1630A1S1630不锈钢制）与毂环不锈钢制）与毂环之间用螺纹连接，然后施焊，以之间用螺纹连接，然后施焊，以保证运行时无故障。保证运行时无故障。l 翼片翼片l 下部呈圆筒形的指状物下部呈圆筒形的指状物 星形架的所有部件（除弹簧及托星形架的所有部件（除弹簧及托环外）均用环外）均用304型不锈钢制造。型不锈

50、钢制造。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9393 吸收剂棒固定在星形架的指状物上：吸收剂棒固定在星形架的指状物上：v棒与指状物之间先用螺纹连接，棒与指状物之间先用螺纹连接，v然后用销钉保持接点紧固，然后用销钉保持接点紧固，v最后将销钉焊接固定，以保证无故障运行。最后将销钉焊接固定，以保证无故障运行。中广核工程公司调试部核岛调试处中广核工程公司调试部核岛调试处 20072007年年1111月月CNPEC9494第一燃料周期后续（第26）燃料周期第7周期后类型数目组别组件数类型数目组别组件数类型数目组别组件数控制36G14控制