反应堆结构

 
                  反应堆结构及几种典型反应堆系统
                               
    反应堆是核电站中的热源,其内部装有可以进行可控链式核反应的核燃料,源源不断地释放出能量。核反应产生的热能通过载热剂传给汽轮机作功,汽轮机带动发电机,产生的电能被输送到电网。
    反应堆由堆芯、压力容器、上部堆内构件和下部堆内构件等几部分组成。反应堆安置在反应堆厂房(也称为安全壳)的正中,它的六条进出口接管管嘴支撑在作为一次屏蔽的混凝土坑(即堆坑)内,而堆坑位于一个大约10米深的反应堆换料水池的底部。如下图
   
它可分为反应堆堆芯、堆内构件、反应堆压力容器和顶盖控制棒驱动机构四部分。下面主
要介绍反应堆堆心和压力容器。
1、反应堆堆芯:
核反应堆的堆芯位于压力容器中心,由157个几何形状及机械结构完全相同的燃料组件构成,核反应区高3.65m,等效直径3.04m 。燃料核裂变释放出来的核能立即转变成热能,并由冷却剂导出。
1.1、燃料组件:
燃料组件骨架由8个定位格架、24根控制棒导向管、一根中子通量测量管和上、下管座焊接而成。其功用是确保组件的刚性,承受整个组件的重量和控制棒快速下插的冲击力,并准确引导控制棒束的升降,保证组件在堆内可靠工作和装卸料时的运输安全。如下图
             
               
定位格架由锆-4合金条带制成,这些条带装配成17×17的正方形栅格。在格架栅元中,燃料棒由其中两边的弹簧夹顶在另两边的两个刚性凸台上,其共同作用使燃料棒保持中心位置。弹簧夹由因科镍718薄片弯成开口环制成,然后将夹子跨在条带上夹紧定位,并在上下相接面上点焊。这样形成的两个相背的弹簧分别顶住相邻栅元的两根燃料棒,自然抵消了作用在条带上的力。
每个燃料组件带有24个控制棒导向管,由锆-4合金制成,它们为控制棒的插入和提出导
向。其下部在第一和第二格架之间直径缩小,形成缓冲段,以便当控制棒紧急下落接近底部时起缓冲作用。在缓冲段上部有流水孔,正常运行时冷却水流入管内,在控制棒下插时水能部分从管内排出。缓冲段下部的管径扩至正常,使底层格架可以按上层格架的相同方式与导向管相连接。
位于组件中心位置的通量测量管为运行中测量堆芯内中子通量的测量元件提供通道,由锆-4合金制成。它与格架固定的方法类似于控制棒导向管。
下管座是燃料组件的底座,由AISI304不锈钢制成。它包括四个支撑脚和一块正方形多孔板,后者尺寸为21.4cm×21.4cm,下侧装了滤网,防止杂物进入堆芯损坏燃料组件。导向管与下管座用螺钉连接并焊接,组件重量和施加在组件上的轴向载荷经导向管传递到下管座上。下管座两个对角支撑脚上有销孔,它们与堆芯下栅格板上的两个定位销相配合,保证了燃料组件在堆芯的定位,作用在燃料组件上的水平载荷同样通过定位销传到堆芯支撑结构上。
上管座是燃料组件上部构件,冷却剂通过它由燃料组件流向堆芯上栅板的流水孔。
1.2、燃料棒:
燃料棒是压水堆产生核裂变并释放热量的基本元件。271块二氧化铀燃料芯块叠置在锆-4合金包壳管中,两端装上端塞,把燃料芯块封焊在里面,从而构成长3851.5 mm,外径9.5 mm的燃料棒。如下图
       
1.3、控制棒组件:
控制棒组件(RCCA)是反应堆控制部件,由吸收中子能力很强的材料制成,可以控制核裂变的速率。在正常工况下它们用于启动反应堆、调节堆功率和停堆。在事故工况下,控制棒依靠自身重力快速下插,使反应堆在极短时间内紧急停堆,以保证安全。
每个控制棒组件有24根中子,它们顶端固定在一个星形架上。星形架包括一个连接柄和若干带有圆筒形指杆的翼片,吸收棒就悬置在指杆上。在连接柄的上端,有与控制棒驱动机构的驱动杆相连的槽口和供吊运用的凹槽。在连接柄内的底部装有一个弹簧,以便在控制棒紧急下落到终端时吸收冲击能量,起缓冲作用。星形架由304不锈钢制成,而弹簧材料是因科镍-718
控制棒组件分两类。一类由24根吸收剂棒组成,吸收能力强,称为黑棒组件;另一类由8根吸收剂棒和16根不锈钢棒组成,吸收能力弱,称为灰棒组件。控制棒结果如下页图
           

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