Твэлы с дисперсионным топливом
Fuel composition (x>0.25) |
PuO2-x |
Kernel diameter, µm |
200 ± 25 |
Kernel density, g/cm3 ≥ |
10 |
Kernel non-sphericity ≤ |
1.05 |
Buffer thickness, µm (ρ~ 1 g/cm3) |
100 ± 15 |
IPyC thickness, µm (ρ~ 1,8 g/cm3) |
35 ± 8 |
SiC thickness, µm (ρ~ 3,2 g/cm3) |
35 ± 8 |
OPyC thickness, µm (ρ~ 1,8 g/cm3) |
40 ± 8 |
Burn-up, MW·d/kg Pu: average, |
640, 1000 |
maximal |
|
|
|
Maximum temperature of fuel, °C |
|
at normal operating |
1250 |
with overheating factors |
1300 |
under off-normal (for 100 hours) |
1600 |
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
21/51
Твэлы с дисперсионным топливом
1 |
– графитовая |
призма; |
2 – отверстие |
для |
газового |
|
теплоносителя; |
3 – топливный |
стержень |
(сердечник); |
|||
4 |
– отверстие для захвата; 5 – дистанционирующий выступ. |
|||||
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
22/51
Современные трубчатые твэлы
Двуокись урана – основной вид топлива в энергетических реакторах. Применяется в основном стержневых твэлах в спеченных изделиях. (стерженьки, таблетки).
Преимущества:
высокое выгорание, температура плавления, слабое взаимодействие с конструкционными материалами, технологичность при массовом изготовлении.
Недостатки:
низкая теплопроводность, хрупкость, меньше делящихся ядер (следовательно нужно более высокое обогащение).
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
23/51
Современные трубчатые твэлы
Стержневой твэл энергетического реактора представляет собой трубку с герметично приваренными заглушками. Внутри – топливо в виде таблеток двуокиси урана плотностью 10.5 10.6 г/см3. Диаметр трубки 5 15 мм, длина 1 10 м. В случае, если оболочка делается из циркониевого сплава, то между трубкой и топливными таблетками делается большой зазор так как у сплава расширение в 2 раза меньше, чем у топлива. Для оболочки из нержавеющей стали зазор маленький, так как расширение у стали в 1.5 раза больше, чем у топлива. Именно из требованиями по зазорам и допустимым температурам выбирается диаметр топливной таблетки.
Из – за большого выгорания предусматривается компенсационный объем на одном из торцов твэла. Есть пружина, поджимающая топливо. Пружина необходима вследствие большой длины твэла и наличия свободного объема.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
24/51
Современные трубчатые твэлы
|
ТВЭЛ РЕАКТОРА ВВЭР – 1000 |
|
|
|||
1. |
верхняя концевая заглушка; |
|
|
|||
2. |
верхний сварочный шов – контактно-стыковая сварка; |
|
|
|||
3. |
фиксатор топлива – пружина из хромоникелевого сплава; |
|
|
|||
4. |
топливный сердечник из UO2 массой 1270 г.; |
|
|
|||
5. |
трубчатая оболочка Zr + 1 % Nb; |
|
|
|||
6. |
нижний сварочный шов – электронно-лучевая сварка; |
|
|
|||
7. |
нижняя концевая заглушка. |
|
|
|||
|
|
Характеристики твэлов ВВЭР-1000(V блок НВАЭС) |
|
|
||
|
|
Размер оболочки твэлов, мм |
9.1 0.65 |
|
||
|
|
Шаг в треугольной решетке, мм |
12.76 |
|
||
|
|
Диаметр топливной таблетки, мм |
7.53 |
|
||
|
|
Диаметр осевого отверстия в топливной таблетке, мм |
1.4 |
|
||
|
|
Обогащение топлива, % |
в двухлетнем цикле |
3.3 |
|
|
|
|
в трёхлетнем цикле |
4.4 |
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
Масса загрузки UO2 в одном твэле, кг |
1.565 |
|
||
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы. |
|
|
||||
25/51 |
||||||
|
|
|
|
|||
Современные трубчатые твэлы
Чехловая ТВС ВВЭР-1000
1 — траверса регулирующих стержней; 2 — пэл; 3 — подпружинные штыри; 4 — головка ТВС; 5 — шестигранный перфорированный чехол;
6 — дистанционирующая решeтка; 7 — твэл; 8 — хвостовик ТВС
Характеристики ТВС ВВЭР-1000
Размер ТВС "под ключ", мм |
238 |
|
|
Шаг расположения ТВС, мм |
241 |
|
|
Толщина стенки ТВС, мм |
1.5 (с перфорацией 25% поверхности) |
|
|
Высота ТВС с пучком регулирующих стержней и СВП, мм |
4655 |
|
|
Число твэлов в ТВС |
317 |
|
|
Шаг размещения твэлов, мм |
12.76 |
|
|
Число направляющих каналов для стержней регулирования |
12 |
|
|
Число каналов для датчиков замера энерговыделений |
1 |
|
|
Размеры направляющих каналов и канала для датчика замера |
12.6 0.85 |
энерговыделений, мм |
|
Размеры центральной трубки, мм |
10.3 0.65 |
|
|
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
26/51
Современные трубчатые твэлы
ТВС ВВЭР-1000 представляет собой пучок твэлов, размещенных по треугольной решетке. Внутри циркониевой оболочки твэла располагаются таблетки топлива из двуокиси урана; с обогащением по U от 2 до 4.4 %. Масса загрузки UO2 в одном твэле около 1565 г. Твэлы дистанционируются 15 решетками сотового (ячеистого) типа, закрепленными на центральном канале. Решетка - набор ячеек, приваренных друг к другу и заключенных в обод. На месте центральной ячейки установлена втулка для крепления решетки к центральной трубке. Крепление твэла - шплинтовка в нижней решетке. Сама решетка закрепляется в хвостовике ТВС. Осевые усилия в основном воспринимаются шестигранным перфорированным чехлом. В центре шестигранной головки ТВС находится цилиндрическая втулка, в которой крепятся 12 направляющих каналов для поглощающих элементов и канал для датчика замера энерговыделений. Втулка соединяется с шестью углами головки ТВС ребрами, в которых располагаются подпружинные штыри, служащие для зажатия сборки в реакторе, компенсации температурных расширений и технологических допусков. По граням головки расположены окна для выхода теплоносителя из ТВС. Общий объем активной зоны 27 м3 при среднем энерговыделении 111 кВт/л. Длина активной части твэл 3.55 м.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
27/51
Современные трубчатые твэлы
ТВС располагаются в днище шахты, служащей для крепления и правильного размещения нижней части ТВС. Ориентация ТВС в планет однозначна и определяется посадкой в паз днища пальца на хвостовике сборки. Сверху головки ТВС прижимается решеткой блока защитных труб, в которых имеются дистанционирующие элементы, определяющие правильное положение, рабочих ТВС. Дистанционирование 42 периферийных (нерегулируемых) ТВС производится глухими втулками, закрепленными на нижней плите блока. Общее количество ТВС в активной зоне ВВЭР-1000 НВАЭС 151 шт., из них с регулирующими, стержнями 109 шт. Все ТВС устанавливаются в реактор, и извлекаются из него как вместе с регулирующими стержнями и пучками СВП, так и без них.
Головка, хвостовик, опорные и дистанционирующие решетки ТВС изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Шестигранные чехлы и направляющие каналы выполнены из циркониевого сплава.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
28/51
Современные трубчатые твэлы
ТВС и твэлы активной зоны |
ТВС и твэлы зоны |
||
1. |
Оболочка твэла |
воспроизводства |
|
2. |
Блочки «отвального» урана |
1. |
Оболочка твэла |
3. |
Втулки обогащенного урана |
2. |
Ребро |
4. |
Дистанционирующая проволока |
3. |
Блочки «отвального» урана |
5. |
Головка ТВС |
4. |
Хвостовик ТВС |
6. |
Сборка твэлов |
5. |
Сборка твэлов |
7. |
Хвостовик ТВС |
6. |
Головка ТВС |
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВС |
|
||
АКТИВНОЙ ЗОНЫ |
|
|
|
шестигранная ТВС, |
|
|
|
размер «под ключ», |
шаг 96 мм, 98 мм |
||
количество твэл в ТВС |
|
127 |
|
треугольная упаковка с шагом |
7.95 |
мм |
|
диаметр твэл |
|
6.9 |
мм |
толщина оболочки твэл |
|
0.4 мм |
|
внутреннее отверстие |
|
|
|
в топливной таблетке |
|
1.8 мм |
|
толщина газового зазора |
|
0.05 |
мм |
длина компенсационного объема |
800 мм |
||
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
29/51
Современные трубчатые твэлы
Тепловая мощность реактора 3423 МВт. В активной зоне находится 193 сборки, кассета 17 17, длина активной части 3.66 м. Общая загрузка 89 тонн урана.
Курс лекций «Основы тепломассообмена». Теплопроводность в телах простейшей формы.
30/51