ТВЗ реактору ВВЕР-440

ТВЗ реактора ВВЕР-440:

1 - підпружинені штирі;

2 - голівка ТВЗ;

3 - центральна трубка;

4 - верхня дистанціонуюча гратка;

5 - твел;

6 - розрізна пружинна втулка;

7 - брикет спеченого діоксиду урану;

8 - шестигранний чохол;

9 - проміжні дистанціонуючі ґратки;

10 - нижня дистанціонуюча гратка;

11 - хвостовик ТВЗ;

12 - штир для фіксації ТВЗ

ТВЗ реактора ВВЭР-440 (негерметична конструкція) складається з:

- верхньої голівки;

- хвостовика;

- корпусу;

- твелів (пучок стрижнів - 127 шт., включаючи центральну трубку).

Верхня голівка (нержавіюча сталь):

- отвір для проходження води;

- пристрій під захоплення ТВЗ;

- кріплення до корпусу потайними болтами.

Хвостовик (нержавіюча сталь):

- отвір для проходження води;

- конструкція для встановлення ТВЗ в днище кошика;

- кріплення до корпусу потайними болтами.

Корпус (сплав цирконію):

- шестигранної форми під ключ 144 мм;

- товщина стінки ~2 мм;

- центральна порожня трубка (каркас);

- 2 кінцеві дистанціонуючі гратки для жорсткого (верх) та рухомого (низ) закріплення твелів (можливість поздовжнього переміщення при температурних розширеннях);

- проміжні дистанціонуючі гратки через кожні ~200 мм (20-30 діаметрів твелів) (жорсткість конструкції).

Вимоги до матеріалу твелів:

- відсутність хімічної взаємодії з ядерним паливом та теплоносієм у всьому діапазоні робочих температур (Zr сплави задовольняють до температури до 400° С);

- висока міцність (високий тиск внаслідок накопичення газових продуктів ділення);

- висока теплопровідність;

- слабке поглинання нейтронів.

Твел реактора ВВЕР-440

1 - нижня заглушка;

2 - проміжний кінцевик з отвором для заповнення гелієм;

3 - пружна втулка-фіксатор;

4 - паливна таблетка;

5 - трубчаста оболонка твелу з Zr-Nb сплаву

6 - верхня заглушка з фіксатором;

7 - герметизуюче наплавлення

Твели (герметична конструкція):

- діаметр 9,1 мм;

- оболонка з Zr-Nb сплаву;

- паливний сердечник з паливних таблеток з UO₂;

- зазор між оболонкою та сердечником 0,05-0,10 мм (для компенсації температурних розширень);

- вільні торцеві обсяги (для накопичення газоподібних продуктів ділення);

- стальні кінцевики (приварюються до оболонки);

- внутрішня порожнина заповнена He під невеликим надлишковим тиском (контроль герметичності).

Паливні таблетки:

- циліндри розміром по висоті 2-3 діаметри;

- низька теплопровідність UO₂ - значний градієнт температури по перерізу (термічні напруження);

- центральний отвір діаметром 1,4-1,6 мм для сприйняття радіальних змін;

- гранично припустима температура ~2800° С – точка плавлення UO₂;

- збагачення 3,5-4,4% (3-4 річне паливо)

2.5.5 Регулювання в реакторі ВВЕР-440

Регулювання:

- (повільне гомогенне регулювання) борне регулювання - компенсація повільних змін реактивності, пов'язаних з вигорянням палива (глибина вигоряння ~3%);

- (повільне гетерогенне регулювання) вигоряючий поглинач в окремих ТВЗ - стержні вигоряючого поглинача (СВП) (6 твелів з 126 з В₂Zr замість UO₂: 0, 5-1,0% В) (в останніх серійних ВВЭР-440 не використовуються).

- (швидке гетерогенне регулювання) рухомі поглинаючі касети СУЗ (тонке регулювання, компенсація надлишкової реактивності, швидке аварійне зупинення)

- вада швидкого регулювання - перекоси розподілу енерговиділення по висоті АЗ

Нижня (паливна) частина касети СУЗ

1 - голівка із захопленням під привід;

2 - центральна труба;

3 - верхня дистанціонуюча гратка;

4 - тепловиділяючий елемент (твел);

5 - шестигранний чохол;

6 - розрізна пружинна втулка;

7 - таблетка спеченого діоксиду урану;

8 - проміжна дистанціонуюча гратка;

9 - нижня дистанціонуюча гратка;

10 - хвостовик з циліндром для демпфера

Верхня (поглинальна) частина касети СУЗ

1 - отвір для проходження води;

2 - шестигранна труба;

3 - вкладиш з бористої сталі;

4 - хвостовик;

5 - нижня (паливна) частина касети СУЗ

Касети СУЗ:

- 37 касет в АЗ;

- поглинаюча частина (нейтронна пастка) містить борвміщуючі елементи;

- внутрішня порожнина поглинаючої частини заповнена водою;

- поглинаюча частина доповнена витискувачем води (по формі - точна копія поглинаючої частини);

- в ранніх проектах ВВЕР-440 витискувачем слугувала рухома ТВЗ. Пізніше – псевдозбірка;

- поглинаючі частини ховаються до верхнього блоку захисних труб, витискувачі – до нижнього блоку;

- через верхній блок захисних труб проходять сполучні штанги приводів СУЗ

2.5.6 Контроль параметрів реактору ВВЕР-440

16 15

Рис.2.15. Контроль параметрів

І - кришка; ІІ - корпус; ІІІ - АЗ; ІV- кріплення корпуса; V - сухий захист; VІ - бетонна шахта

1 - температура фланця реактора;

2 - температура фланця кришки;

3 - температура теплоносія на виході з реактора;

4 - концентрація борної кислоти на вході в реактор;

5 - рівень води в реакторі;

6 - температура теплоносія на виході з ТВЗ;

7 - температура теплоносія на вході в реактор;

8 - температура кріплення;

9 - температура сухого захисту;

10 - температура бетону;

11 - енерговиділення по висоті АЗ;

12 - енерговиділення по радіусу АЗ;

13 - температура теплоносія на вході в АЗ;

14 - концентрація борної кислоти на вході в АЗ;

15 - наявність води в шахті;

16 - температура корпусу реактора

Специфіка умов контролю - тепловідбір від ТВЗ здійснюється нерозділеним потоком теплоносія (покасетний/потвельний контроль неможливий).

Типи контролю:

- температурний контроль теплоносія по різних точках входу та виходу;

- просторовий контроль енерговиділення;

- контроль концентрації бору по різних точках входу;

- температурний контроль конструкційних елементів реактору;

- контроль тиску в ГЦК.

2.5.7 Перевантаження палива в реакторі ВВЕР-440

Причини перевантаження після повного відключення навантаження та зупинки реактора:

- неможливість надійної герметичності шлюзів під тиском;

- утруднене розміщення шлюзів (кришка зайнята приводами СУЗ);

- помітний вплив видалення/заміни відпрацьованої ТВЗ на реактивність;

- утруднена компенсація об’єму, що вивільнюється при витяганні ТВЗ.

Перевантаження:

- зняття навантаження;

- зупинка (уведення в АЗ всіх поглинаючих касет СУЗ, додаткове підвищення концентрації борної кислоти в теплоносії);

- розхолодження ГЦК;

- розчеплення касет СУЗ з приводами;

- розущільнення кришки;

- зняття кришки разом з блоком приводів СУЗ, транспортування на спеціально відведене місце;

- витягнення верхнього блоку захисних труб;

- заливання надреакторної шахти водою шаром >10 м (зняття залишкового

- тепловиділення та біологічний захист від відпрацьованих ТВЗ при перевантаженні);

- вивантаження/переміщення активних ТВЗ (від периферії до центру);

- завантаження свіжих ТВЗ (припустимо без води в надреакторній шахті) – 1/3 (3-х річне), 1/4 (4-х річне паливо);

- повторення всіх операцій, що передували переміщенню/заміні ТВЗ, у зворотному порядку.

Перевантажувальна машина:

- напідложна машина над реакторною шахтою (типу мостового крану);

- рухомий візок (пересування мосту та візка покрокове, прив’язане до позицій ТВЗ в АЗ);

- перевантажувальна телескопічна штанга з захоплюючим пристроєм під верхню голівку ТВЗ.

2.6