壓水堆本體結構設計及其重型構件的制造

壓水堆本體結構設計及其重型構件的制造第1頁/共102頁22三月2023返回結束放映第一節(jié)壓水堆本體結構簡介第二節(jié)堆芯第三節(jié)堆內(nèi)構件第四節(jié)堆內(nèi)構件設計準則第五節(jié)反應堆壓力容器及控制棒驅動機構第六節(jié)防止堆內(nèi)構件振動的可靠性措施第七節(jié)壓力容器與堆內(nèi)重型構件的制造工藝第2頁/共102頁22三月2023第一節(jié)壓水堆本體結構簡介

本章主要闡述壓水堆本體的結構、功能、工作原理、工作條件及設計要求。壓水堆本體簡化結構如圖所示，它是由堆芯、堆內(nèi)構件、反應堆壓力容器、控制棒驅動機構等組成的。它座落在核島安全殼大廳的下部中央。返回第3頁/共102頁22三月2023下一頁壓水堆本體結構圖第4頁/共102頁22三月2023結構圖下一頁

從這個結構圖可以看出：堆芯是反應堆內(nèi)能進行可控鏈式裂變反應的活性區(qū)，它是產(chǎn)生熱功率的源泉，它的形狀是一個圓柱形幾何體。堆芯是由上百個橫截面呈正方形的燃料組件構成的。燃料組件按一定間距豎立在堆芯下柵格板上，它使組成的堆芯近似于圓柱狀；堆芯的重量通過(轉下頁）第5頁/共102頁22三月2023結構圖說明(續(xù)上頁）下柵格板及吊籃由反應堆壓力容器支持。堆芯的尺寸可根據(jù)壓水堆的功率水平和燃料組件裝載數(shù)而定。熱功率為3800ＭＷ的壓水堆堆芯直徑可達3.6ｍ。堆芯的活性段高度通常在3.6～4.3ｍ左右。輕水冷卻劑從反應堆壓力容器上部的進口接管進入，先沿著堆芯吊籃與反應堆壓力容器內(nèi)壁之間的環(huán)狀間隙向下流，在這過程中冷卻吊籃、熱屏蔽層和反應堆壓力容器壁，到達反應堆壓力容器底部后，改變方向向上流經(jīng)堆芯時，帶走核裂變反應產(chǎn)生的熱量。高溫冷卻劑從反應堆壓力容器的出口接管流出堆外，在蒸汽發(fā)生器里把二回路給水加熱成蒸汽，去推動汽輪機運轉，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。下面從堆芯開始，由里向外，對壓水堆本體結構逐層進行研究。上一頁返回第6頁/共102頁22三月2023第二節(jié)堆芯

壓水堆堆芯由燃料組件、控制棒組件和堆芯相關組件等組成。這些堆芯組件由上、下柵格板和堆芯圍板包圍起來后，放在吊籃筒體的下部，吊籃筒體吊掛在堆的冷卻劑進、出口接管上方壓力容器的凸肩上（見圖2－１）。堆芯設計的好壞對核島的安全性、經(jīng)濟性和先進性有很大的影響。一般來說，它要滿足下述基本要求：一、燃料棒和燃料組件：１．燃料棒２．燃料組件二、控制棒組件：１．控制棒的形狀２．控制棒組件的結構與特點三、堆芯相關組件：１．中子源組件２．可燃毒物組件３．阻力塞組件堆芯各組件的布置方案如圖２－７所示。返回第7頁/共102頁22三月2023結構圖返回第8頁/共102頁22三月2023堆芯設計基本要求返回1.堆芯功率分布應盡量均勻,以便使堆芯有最大的功率輸出;2.盡量減少堆內(nèi)不必要的中子吸收材料,以提高中子經(jīng)濟性;3.有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動阻力;4.有較長的堆芯壽命,以適當減少換料操作次數(shù);5.堆芯結構緊湊,換料操作很簡易方便.第9頁/共102頁22三月2023燃料棒

目前，壓水堆和重水堆都采用棒束型燃料元件。采用ＵＯ2

芯塊和鋯合金包殼的燃料棒，按一定間隔組成棒束組件，但壓水堆采用富集鈾，重水堆采用天然鈾。壓水堆所用的燃料棒結構如圖２－２所示。它由燃料芯塊、燃料包殼、壓緊彈簧、隔熱片和端塞等組成。在設計燃料棒時，芯塊與包殼之間應留有徑向和軸向間隙。徑向間隙用來補償燃料芯塊的輻照腫脹和芯塊與包殼間由于溫差而引起的膨脹。軸向間隙除了起補償作用外，還用來貯存燃料釋放出來的裂變氣體，如氪和氙。此外，為了降低運行過程中包殼的內(nèi)外壓差，防止包殼的蠕變塌陷和改善燃料元件的傳熱性能，現(xiàn)代的燃料棒設計都采用了預充壓技術，即在在包殼內(nèi)腔預先充有3.5ＭＰa的惰性氣體氦。當燃料棒工作到接近壽期終了時，包殼管內(nèi)氦氣加上裂變氣體的總壓力應同包殼管外壓力（冷卻劑工作壓力15.5MPa以及停堆換料時的一個大氣壓力）相匹配，防止包殼破損。返回第10頁/共102頁22三月2023燃料棒示圖返回第11頁/共102頁22三月2023燃料芯塊

核電廠反應堆幾乎都以ＵＯ2

陶瓷體為燃料，其235Ｕ的富集度為2～4％，陶瓷芯塊的直徑一般在6～10mm范圍內(nèi)。燃料芯塊的高度不宜過大，高度／直徑一般在1.5范圍內(nèi)為宜。這樣可以限制芯塊過大而引起的收縮變形。芯塊兩端做成凹碟形，以便補償中心部位較大的熱膨脹，減少包殼可能產(chǎn)生的軸向變形。返回第12頁/共102頁22三月2023包殼

包殼用鋯－４合金冷軋而成。為防止高燃耗下管子的蠕變塌陷，包殼的壁厚比過去的略有增加，以提高包殼的強度。返回隔熱片

燃料組合體兩端裝的Ａl2Ｏ3陶瓷材料片，稱為隔熱片，用來減少芯塊的軸向傳熱，從而減少端塞的熱應力。第13頁/共102頁22三月2023壓緊彈簧

端部的壓緊彈簧用來防止燃料棒在運輸、吊裝和運行過程中芯塊的移動，一般用Ｉnconel合金制造。返回端塞

燃料棒上、下兩端有鋯－４合金制作的端塞，用來密封元件并起吊耳和支承作用。第14頁/共102頁22三月2023燃料組件

燃料組件由燃料棒、下管座、上管座、控制棒導向管、定位格架、壓緊彈簧等幾個部件組成。如圖２－３所示。上述各部分分別組裝好后，將24根控制棒導向管和1根堆內(nèi)測量導管、上管座和定位格架組合成一個整體的燃料組件骨架，再把264根燃料棒逐個地從骨架下端插入，最后將下管座裝在導向管下端，用螺紋連接并點焊牢。這就是燃料組件的組裝工藝過程。目前，大型壓水堆正方形柵格的燃料組件，主要采用17×17的排列方式。每個這樣的燃料組件，共有264根燃料棒，24根控制棒導向管和一根堆內(nèi)測量導管，共計289個柵位。其排列方式如圖２－４所示。返回第15頁/共102頁22三月2023燃料組件組成下管座導向管定位格架上管座第16頁/共102頁22三月2023返回第17頁/共102頁22三月2023下管座

是用304型不銹鋼制成的箱式結構，用來支承元件棒和分配冷卻劑流量。它由帶圓形流水孔的下孔板和具有四條腳的下框架組成。返回上管座

也采用箱式結構。它由帶槽形孔的上孔板、側板、框架、壓緊彈簧、夾持器襯墊等所組成。第18頁/共102頁22三月2023導向管

導向管內(nèi)插有控制棒或可燃毒物棒、中子源棒或阻力塞。所有燃料組件的中心導向管的內(nèi)徑都相同，它們是堆內(nèi)測量導管，可用來引進測量裝置。返回定位格架

定位格架是燃料棒徑向定位件，用來夾持燃料棒和加強燃料棒剛性。其結構對燃料棒周圍的水力和熱工性能有顯著影響。合理的結構形式應通過實驗來確定。

17×17型燃料組件的定位格架是一種由許多Ｉconel-718條帶材料焊接而成的蜂窩狀結構。燃料棒沿長度方向按一定間隔布設8排定位格架。第19頁/共102頁22三月2023大型壓水堆正方形柵格返回第20頁/共102頁22三月2023控制棒的形狀

控制棒的形狀有棒狀、板形。其橫截面有十字形、Y型、H型等多種結構形式。壓水堆核電廠廣泛采用棒束型控制棒。返回第21頁/共102頁22三月2023控制棒組件的結構與特點

圖2－５給出了17×17型燃料組件中控制棒組件的典型結構。24根控制棒分別固定在蜘蛛狀連接柄的星形接頭上，便構成了棒束控制組件。連接柄內(nèi)有壓縮彈簧，以便自由落棒時起緩沖和制動作用。連接柄端部用螺紋與驅動機構傳動軸上的可拆接頭連接。這種控制棒組件有如下特點：（1）棒徑細、數(shù)量多，有利于堆芯中子能量及功率分布的均勻；（2）由于棒徑小，控制棒提升時的空腔效應??；（3）由于單根控制棒細而長，增大了撓性，因而保證控制棒與導向管對中的前提下，可相對放寬裝配工藝要求，而不致引起卡棒現(xiàn)象。返回第22頁/共102頁22三月2023控制棒組件的典型結構返回第23頁/共102頁22三月2023中子源組件

凡包含有中子源的堆芯相關組件稱為中子源組件。為了保證反應堆在任何情況下都能安全啟動，在堆芯整個壽期內(nèi)要有足夠強度的中子源。壓水堆中常用兩種形式的中子源：（１）锎（Ｃf）源或釙－鈹（Ｐo-Ｂe）源這種中子源常用于堆的初次啟動，也稱為一次源。（２）銻－鈹（Ｓb-Ｂe）源這種中子源用于堆運行過程中的再次啟動，亦稱為二次中子源。一般中子源做成棒狀，固定在連接板上，與可燃毒物棒、阻力塞（或只與阻力塞一起）構成堆芯相關組件，如圖２－６所示。這種組件裝在堆芯邊緣區(qū)。中子源插入空著的導向管內(nèi)并懸吊在堆芯半高處。返回第24頁/共102頁22三月2023堆芯相關組件中子源可燃毒物棒阻力塞返回第25頁/共102頁22三月2023可燃毒物組件

含有可燃毒物棒和阻力塞的固定式堆芯相關組件稱為可燃毒物組件。見圖２－６中的③。返回阻力塞組件

只含有阻力塞的堆芯相關組件稱為阻力塞組件。見圖２－６中的②。第26頁/共102頁22三月2023堆芯各組件的布置方案法國壓水堆核電廠的堆芯各組件的布置方案第27頁/共102頁22三月2023堆芯各組件的布置方案秦山二期核電站堆芯裝載圖第28頁/共102頁22三月2023堆芯各組件的布置方案返回第29頁/共102頁22三月2023第三節(jié)堆內(nèi)構件

反應堆壓力容器內(nèi)除燃料組件和堆芯相關組件以外的所有其它結構件叫堆內(nèi)構件。包括堆芯上部支承構件、堆芯下部支承構件、堆芯測量支承構件及輻照監(jiān)督裝置等。壓水堆核電廠對堆內(nèi)構件有特殊的功能要求，它們必須能可靠地支承、壓緊和精確定位燃料組件及其相關組件；為控制棒組件提升和下降提供導向，在事故工況下保證控制棒組件快速插入堆芯；提供冷卻劑流道，引導進入反應堆的冷卻劑通過堆芯，限制旁通流量與減少泄漏量；合理地分配進入堆芯冷劑流量；降低反應堆壓力容器內(nèi)表面所遭受的快中子注量；為堆芯測量部件提供支承和導向等等。一、堆芯上部支承構件二、堆芯下部支承構件返回第30頁/共102頁22三月2023一、堆芯上部支承構件

堆芯上部支承構件的主要功能是壓緊堆芯部件，在裝料后為燃料組件提供上部定位，為控制棒運動導向和為堆芯測量部件提供導向與固定。堆芯上部支承構件由導向管支承板、堆芯上柵格板、壓緊彈簧、堆芯上部支承柱和控制棒導向組件等組成。如圖２－８所示。返回第31頁/共102頁22三月2023堆芯上部支承構件圖１－導向管支承板；２－壓緊彈簧；３－驅動軸；４－堆芯上柵格板；５－控制棒導向組件；６－堆芯上部支承柱；７－定位銷。返回第32頁/共102頁22三月2023導向管支承板

導向管支承板是一個焊接構件，由一塊厚鋼板、一個法蘭和一個圓筒組成。在厚板上固定著控制棒導向組件的一端、熱電偶導向管和熱電偶管座。圓筒焊在厚板上，而厚板與法蘭焊接在一起。該法蘭與吊籃筒體上法蘭間放置著壓緊彈簧，且一起被固定在反應堆壓力容器和壓力容器頂蓋之間。所有堆芯測溫熱電偶導管集裝到幾個熱電偶管座上，管座固定在導向管支承板上，并通過壓力容器頂蓋上的管座及管座頂端的密封機構穿出壓力容器。返回第33頁/共102頁22三月2023堆芯上柵格板

堆芯上柵格板直接壓在燃料組件上，使燃料組件對中并壓緊定位，與堆芯下部支承構件的流量分配孔板、堆芯下柵格板相配合，分配反應堆冷卻劑，固定堆芯上部支承柱，固定導向管等。堆芯上柵格板的直徑與其厚度相比相差很大，屬薄板結構。600ＭＷ級壓水堆核電廠所用的上柵格板見圖２－９。它的厚度為40mm，直徑為3.07ｍ。板上有許多圓形孔、方形孔、螺紋孔和畸形通孔，各孔的位置公差和加工精度要求很高，所以工藝性較差，必須按照有關設計、制造準則，嚴格控制設計與制造質(zhì)量。返回第34頁/共102頁22三月2023上柵格板圖返回第35頁/共102頁22三月2023堆芯上部支承柱

堆芯上部支承柱的作用是承受軸向力，連接導向管支承板與堆芯上柵格板、保證兩者間的空間距離和整體剛性，并在堆芯出口處為反應堆冷卻劑提供流道，還可作熱電偶導向管的支承等。這些支承柱是用鋼管制作的，加工時要嚴格保證其長度精度。返回第36頁/共102頁22三月2023控制棒導向組件

控制棒導向組件是一個比較精密的構件，結構形式比較復雜，尺寸精度要求也高，左圖就是一個控制棒導向組件。返回第37頁/共102頁22三月2023二、堆芯下部支承構件

堆芯下部支承構件緊靠堆芯，工作條件十分惡劣，尺寸大，制造難度大，是堆內(nèi)最重要的受力構件。它的主要功能是承受堆芯部件重量，為燃料組件定位和分配流量。堆芯下部支承構件由吊籃筒體（含堆芯支承板）、熱屏蔽、圍板組件、下柵格板、流量分配孔板和堆芯二次支承組件等組件組成。如圖２－１１所示。堆芯下部支承構件在首爐堆芯裝料前被裝入反應堆壓力容器內(nèi)，如需要可將其吊出，以便進行壓力容器的在役檢查。返回第38頁/共102頁22三月2023堆芯下部支承構件圖１．吊籃筒體２．熱屏蔽３．圍板組件４．下柵格板５．流量分配孔板６．二次支承組件和堆內(nèi)測量導管下一頁第39頁/共102頁22三月2023堆芯下部支承構件圖2返回上一頁第40頁/共102頁22三月2023１．吊籃筒體

在大多數(shù)壓水堆中，吊籃筒體的結構采用吊掛式的帶法蘭的薄壁圓筒。吊籃筒體的法蘭吊掛在反應堆壓力容器內(nèi)壁的支承凸肩上。返回第41頁/共102頁22三月2023２．熱屏蔽

雖然堆芯吊籃筒體的厚度已能為壓力容器壁提供對堆芯快中子的輻照防護，而借助熱屏蔽可在輻照最大區(qū)域（距壓力容器壁最近的堆芯四角）加強這種防護。一般，熱屏蔽由四塊不銹鋼板組合成不連續(xù)的圓筒形，在反應堆中心軸的四個象限位置上，直接用螺釘連接在吊籃筒體外壁上。這些熱屏蔽還支撐輻照樣品管。返回第42頁/共102頁22三月2023３．圍板組件

圍板組件安裝在吊籃筒體內(nèi)部，它是由多塊圍板、多塊輻板和大量螺釘連接而成的。圍板組件的主要功能是將布置燃料組件的整個活性區(qū)的外形緊緊圍住，以使從燃料組件外邊旁路流走的冷卻劑減至最少，保重堆芯外圍燃料組件能得到充分冷卻。圍板加工精度要求很高。圍板和輻板的組裝成形也有嚴格的質(zhì)量要求，這樣才能盡可能地保證圍板內(nèi)表面與燃料組件最外層表面之間，有１mm寬的均勻水隙，從而達到充分冷卻燃料組件的目的。返回第43頁/共102頁22三月2023４．下柵格板

下柵格板直接支承整個堆芯的重量，并且給燃料組件的下管座定位。作用在下柵格板組件上的力通過下述兩種途徑傳遞給堆芯吊籃筒體：通過周邊，支承在一個與吊籃筒體下部相焊接的圓筒上；通過支承柱，將力分配到吊籃筒體下部的支承板上。返回第44頁/共102頁22三月2023下柵格板組件圖返回第45頁/共102頁22三月2023５.流量分配孔板

流量分配孔板用于分配進入堆芯的冷卻劑流量。我國秦山核電廠所用的下柵格板與流量分配孔板組焊成一個整體，稱為下柵格板組件。它們的結構如圖３－１２所示。返回第46頁/共102頁22三月2023６．二次支承組件和堆內(nèi)測量導管

二次支承組件由一塊厚的底板、二次支承板、堆芯支承柱和多個堆內(nèi)測量導管等組成。厚底板的外形與反應堆壓力容器下封頭底部的形狀相似，通過堆芯支承柱和多個堆內(nèi)測量導管懸掛在下柵格板的底面之下。返回第47頁/共102頁22三月2023第四節(jié)

堆內(nèi)構件設計準則

堆內(nèi)構件設計準則是設計壓水堆核電廠堆內(nèi)構件的指令性文件。在設計堆內(nèi)構件時，必須嚴格執(zhí)行該設計準則。除了該準則外，其余的設計工作，如結構要素、幾何尺寸、強度設計等設計內(nèi)容和設計方法，與通用機械的設計完全一樣。因此，本節(jié)重點介紹標準規(guī)定的堆內(nèi)構件設計準則。一、機械設計準則二、結構設計準則三、與反應堆本體其它部件的接口準則四．技術文件返回第48頁/共102頁22三月2023一、機械設計準則１．設計載荷２．設計溫度３．應力設計準則４．應力強度設計限值５．變形準則返回第49頁/共102頁22三月2023１．設計載荷（１）對工況Ⅰ和工況Ⅱ，堆內(nèi)構件應在下列設計載荷組合作用下安全地執(zhí)行它的功能：燃料組件及其相關組件的自重；堆內(nèi)構件的自重；支承、壓緊、約束等反作用力；反應堆冷卻劑流動形成的壓差；沖擊載荷（包括１／２安全停堆地震、控制棒落棒時的沖擊載荷等）；反應堆冷卻劑沖擊和流動所產(chǎn)生的載荷；熱效應、溫度梯度和熱脹差所引起的載荷；振動載荷；在換料或在役檢查中承受的操作載荷。（２）對工況Ⅲ，應力限值應滿足上述載荷加上安全停堆地震的載荷。（３）對工況Ⅳ，應力限值應滿足工況Ⅲ下的載荷再加上假想的主管道破裂時對堆內(nèi)構件瞬態(tài)作用的載荷。返回第50頁/共102頁22三月2023２．設計溫度

設計溫度不得低于正常運行時整個壁厚所出現(xiàn)的平均溫度的最高值，在有輻照產(chǎn)生內(nèi)熱源的情況下，在確定設計溫度時必須考慮這種影響。返回第51頁/共102頁22三月2023３．應力設計準則（１）確定應力強度理論的依據(jù)為最大剪應力理論。（２）設計應力強度值Ｓm

為下列各值中的最小者：１）對鐵素體鋼：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設計溫度下抗拉強度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３；設計溫度下屈服強度的２／３。２）對奧氏體鋼、鎳－鉻－鐵合金、鎳－鐵－鉻合金：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設計溫度下抗拉強度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３；設計溫度下屈服強度的90％，但不超過室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３。３）對螺栓堅固件材料：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設計溫度下屈服強度的１／３。返回第52頁/共102頁22三月2023４．應力強度設計限值（1）（１）對工況Ⅰ和工況Ⅱ：１）總體一次薄膜應力強度不大于設計溫度下的１．０Ｓm。２）總體一次薄膜和一次彎曲應力強度不大于１．５Ｓm

。３）總的一次和二次應力強度之和不大于３．０Ｓm。４）由最大載荷所引起的平均支承應力，限值應在設計溫度下的材料屈服強度以內(nèi)。當距自由端的距離大于施加支承載荷的距離時，平均支承應力允許達到材料屈服強度（Sy）的１．５倍。５）剪切應力限值：由于施加純剪切載荷（如銷、鍵、剪力環(huán)、螺紋等），在一個截面中引起的平均一次剪應力應限值在０．６Ｓm；所產(chǎn)生的最大一次剪應力應限值在０．８Ｓm。Ｓm

代表應力強度，也即當量應力，這里為第三強度理論所得。下一頁第53頁/共102頁22三月2023４．應力強度設計限值（2）

６）螺栓堅固件的應力限值

a.僅由設計機械載荷產(chǎn)生的薄膜應力強度不超過設計溫度下的１．０Ｓm

；

b.對堅固件桿身截面或螺紋部分截面的一次薄膜應力加二次薄膜應力（包括預緊力引起的應力）不應高于設計溫度下材料屈服強度的0.9Ｓy或材料抗拉強度（Ｓu）的2／3這兩者中的較小值；

c.一次薄膜和彎曲應力加二次薄膜和彎曲應力不大于1.2Ｓy或8／9Ｓu

兩者中的較小值。（２）對工況Ⅲ

１）總體一次薄膜應力強度不大于１．５Ｓｍ。２）總體一次薄膜加一次彎曲應力強度不大于2.25Ｓｍ。返回第54頁/共102頁22三月2023５．變形準則（１）在正常運行載荷加１／２安全停堆地震載荷作用下，堆內(nèi)構件不應發(fā)生永久變形。（２）在正常運行載荷加安全停堆地震載荷作用下，允許發(fā)生一定的永久變形。但不得妨礙控制棒組件的功能及堆芯的冷卻。（３）在正常運行載荷加安全停堆地震載荷，再加與主管道相連的最大支管破裂載荷作用下，允許永久變形發(fā)生到這樣程度，即能保證足夠的堆芯冷卻和控制棒都能插入，其變形量限制在能阻止控制棒插入的變形量的80％以內(nèi)。（４）在正常運行載荷加安全停堆地震載荷、再加主管道破裂載荷作用下，保證堆芯有足夠的幾何通道來冷卻堆芯，并有足夠多的控制棒插入堆芯。返回第55頁/共102頁22三月2023

１．堆內(nèi)構件的結構材料和焊接材料必須符合國標、部標或有關堆內(nèi)材料的技術條件。２．堆內(nèi)構件的結構設計應確保其功能要求。在此前堤下，結構應簡單可靠，盡量減少機械連接件的數(shù)量。３．結構中所有重要的焊縫必須采用全焊透焊縫，焊接接頭型式應有利于減少焊接變形及殘余應力。４．控制棒導向組件應在冷、熱態(tài)控制棒驅動線試驗中驗證其可行性及可靠性。５．堆內(nèi)構件的結構設計必須做到在換料及反應堆壓力容器內(nèi)表面在役檢查時能整體吊裝，必須滿足能遠距離安全吊裝的要求。６．堆內(nèi)構件中使用的螺釘、螺帽、銷釘?shù)冗B接件都要有可靠的防松措施，并應考慮設置松動件的監(jiān)測系統(tǒng)。７．與反應堆冷卻劑接觸的主要部件的自由表面，其粗糙度應為

1.62.5

８．與燃料組件相配的定位銷等構件應滿足互換性的要求。二、結構設計準則返回第56頁/共102頁22三月2023三、與反應堆本體其它部件的接口準則１．堆內(nèi)構件的對中應滿足控制棒驅動線的對中要求。２．堆芯圍板與燃料組件之間的間隙大小應適當，既能滿足燃料組件吊裝及燃料組件變形的要求，又不能因間隙過大而造成冷卻劑旁流太多。３．堆內(nèi)構件的冷卻劑出口接管與反應堆壓力容器出口接管的貼合應盡可能好，既要在冷卻時有適當間隙，又要防止熱態(tài)過盈。４．堆內(nèi)構件與反應堆壓力容器相匹配的定位鍵要可靠，不準有咬合、卡住和松動。返回第57頁/共102頁22三月2023四．技術文件設計單位應提供下列技術文件：技術圖紙及說明書；設備和備件清單；有關堆內(nèi)構件使用的材料技術文件、制造技術文件（包括鍛造、焊接、熱處理、機加工等）、檢驗技術文件（包括超聲、射線、滲透、目視）以及清洗、裝配、包裝、運輸、安裝等技術條件；保證堆內(nèi)構件質(zhì)量的質(zhì)量保證文件。返回第58頁/共102頁22三月2023第五節(jié)反應堆壓力容器及控制棒驅動機構一、反應堆壓力容器二、控制棒驅動機構返回第59頁/共102頁22三月2023反應堆壓力容器

反應堆壓力容器又叫壓力殼，其功能是裝載反應堆堆芯、堆內(nèi)構件，密封高溫高壓冷卻劑，并提供安全運行所必須的堆芯控制和堆內(nèi)測量的導向和定位。反應堆壓力容器屬安全一級設備。該設備的失效將導致堆芯冷卻劑流失。在各種運行工況和試驗條件下，壓力容器均應保持其結構的完整性。反應堆運行時，反應堆壓力容器處于高溫（約320℃）、高壓（約15.8ＭＰa

）、強輻照、強腐蝕等環(huán)境下，其設計制造要求很嚴格。反應堆壓力容器的設計準則和設計方法學內(nèi)容見第三章。以下兩表給出了一些技術參數(shù)和數(shù)據(jù)。一、反應堆壓力容器的構造二、密封裝置返回第60頁/共102頁22三月2023反應堆壓力容器技術參數(shù)第61頁/共102頁22三月2023第62頁/共102頁22三月2023嶺澳核電站二期反應堆壓力容器第63頁/共102頁22三月2023嶺澳核電站二期反應堆壓力容器返回嶺澳核電站二期反應堆壓力容器第64頁/共102頁22三月2023一、反應堆壓力容器的構造1.頂封頭2.上法蘭3.杯形座4.接管筒體5.堆芯筒體6.過渡環(huán)7.底封頭返回第65頁/共102頁22三月2023二、密封裝置

為確保反應堆壓力容器法蘭接合處的密封性，頂蓋法蘭與接管筒體法蘭接合處通常裝設用Inconel制造的Ｏ形密封環(huán)進行密封。在靠堆芯一側的Ｏ形環(huán)表面上，沿周向開有很多均勻分布的小孔或細縫。這樣可使環(huán)的內(nèi)腔與堆內(nèi)介質(zhì)連通。當反應堆運行時，沖入環(huán)內(nèi)腔的高壓冷卻劑使密封環(huán)的管徑脹大，于是環(huán)的外表面便緊緊貼在上述法蘭密封面上，從而達到了密封的目的。另有資料介紹，是壓力容器頂蓋與筒體法蘭間的螺栓預緊力使Ｏ形密封環(huán)受壓變形，達到密封效果。返回第66頁/共102頁22三月2023控制棒驅動機構簡介(1)

控制棒驅動機構位于反應堆本體上方。由于反應堆內(nèi)的控制棒組件較多，每組控制棒組件需要一套驅動機構，故需要與控制棒組件數(shù)目相同的驅動機構。其工作原理和具體結構、型式的設計將在第五章詳述?？刂瓢趄寗訖C構的功能是根據(jù)堆控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)的指令，驅動控制棒組件從堆芯提升、保持在某一給定位置上（簡稱保持）、從任一工作位置上插入或快速插入堆芯，以控制核反應速率，保證堆芯安全。也即驅動機構執(zhí)行著啟堆、提升功率、調(diào)節(jié)功率、停堆和在事故狀態(tài)下快速停堆（簡稱事故快插、事故落棒）等任務。下一頁返回第67頁/共102頁22三月2023田灣核電站反應堆控制棒驅動系統(tǒng)外觀圖第68頁/共102頁22三月2023反應堆控制棒驅動系統(tǒng)外觀圖第69頁/共102頁22三月2023反應堆控制棒驅動系統(tǒng)外觀圖第70頁/共102頁22三月2023嶺澳核電站反應堆控制棒驅動系統(tǒng)第71頁/共102頁22三月2023秦山二期核電站控制棒驅動系統(tǒng)第72頁/共102頁22三月2023控制棒驅動機構簡介(2)

控制棒驅動機構應滿足如下的基本要求：反應堆正常運行時，確?？刂瓢舭丛O計速度提升或下降，動作應準確無誤；事故情況下，嚙合處能迅速自動脫開和按時快速落棒；穩(wěn)定運行時，控制棒應被夾持而停留在一定位置上。驅動機構耐殼的設計壓力應與反應堆壓力容器承受的壓力相同，嚴防破裂。具有足夠的超載提升能力和抗沖擊耐震動的能力。具有足夠的設計奉命。結構緊湊，裝卸、維修方便，且造價低廉。返回第73頁/共102頁22三月2023第六節(jié)防止堆內(nèi)構件振動的可靠性措施一、壓水堆內(nèi)部構件所處的工作環(huán)境二、堆內(nèi)構件產(chǎn)生振動的危害性與可能性三、防止振動的可靠性措施返回第74頁/共102頁22三月2023一、壓水堆內(nèi)部構件所處的工作環(huán)境

壓水堆核電廠的安全主要取決于一回路的安全。根據(jù)核安全法規(guī)規(guī)定，一回路的主要機械設備及管道均屬于核安全１級和抗地震１類。雖然，堆內(nèi)構件屬于核安全３級設備，但其振動卻危及反應堆和核電廠一回路的安全。堆內(nèi)構件主要包括堆芯下部支承構件、堆芯上部支承構件、堆內(nèi)測量裝置等（見圖）。在反應堆運行時，堆內(nèi)構件承受著多種載荷，如壓力載荷、高溫熱載荷、機械載荷、溫度或壓力變化時引起的變載荷以及地震等特殊載荷。這些就是壓水堆內(nèi)部構件所處的工作環(huán)境。返回第75頁/共102頁22三月2023堆內(nèi)構件返回第76頁/共102頁22三月2023二、堆內(nèi)構件產(chǎn)生振動的危害性與可能性

一回路的主設備及其管道發(fā)生破損或裂紋，放射性物質(zhì)就會泄漏到安全殼內(nèi)。就會污染安全殼內(nèi)的所有機械設備和其中的空氣，進而傷害停堆后進入安全殼內(nèi)維修的工作人員。造成一回路主設備及管系破損或裂紋的原因很多：有熱工水力設計、機械設計、制造、選材、焊接、安裝等的不合理，還有地震等非常事故等等。這些不合理的設計與制造，又是使堆內(nèi)構件發(fā)生振動的根源。堆內(nèi)構件一旦發(fā)生振動，會進一步擴大破裂程度。因此，防止堆內(nèi)構件發(fā)生振動就是保證核電廠安全可靠地運行的重要環(huán)節(jié)之一。返回第77頁/共102頁22三月2023三、防止振動的可靠性措施

核電廠的可靠性可定義為：在規(guī)定的壽期內(nèi)（一般為４０年），在保護人和環(huán)境不受超過限度的電離輻射照射和放射性污染的條件下，核電廠維持其正常商業(yè)供電運行的能力。為了確保堆內(nèi)構件的可靠度，必須采取以下的多方面（學科）措施。１、機械設備的設計與制造方面應采取的措施２、熱工水力學設計的措施３、核控制方面的措施４、計算機控制方面采取的措施第78頁/共102頁22三月2023三、防止振動的可靠性措施振動方程： 式中：

M，C，K分別代表質(zhì)量、阻尼、剛度。分別代表時間、加速度、速度、位移、載荷。根據(jù)此方程，防止或減輕振動的方法可分成

改變阻尼、剛度的被動減振，改變載荷的主動減振（或隔振）。返回第79頁/共102頁22三月2023第七節(jié)壓力容器與堆內(nèi)重型構件的制造工藝

壓水堆重型構件指的是反應堆壓力容器頂蓋及其下部筒體組焊件、吊藍筒體和上、下支承板等。一、制造壓水堆壓力容器的參考工藝流程二、我國制造反應堆壓力容器的設備條件分析三、重型構件的加工部位和加工方法返回第80頁/共102頁22三月2023一、制造壓水堆壓力容器的參考工藝流程

反應堆壓力容器的封頭是用鋼板在沖模上熱壓成形的。筒體有采用鍛件的也有采用卷板焊制的，見圖。1．制造壓水堆壓力容器的典型流程2．制造600MW壓水堆壓力容器的參考工藝流程返回第81頁/共102