5 Назначение и классификация парогенераторов
Парогенератор представляет собой теплообменный аппарат, в котором осуществляется передача тепловой энергии от теплоносителя к рабочему телу. В схеме ЯЭУ парогенератор связывает первый и второй контуры в поэтому он выполняет исключительно ответственную роль.
Действительно, поверхность нагрева парогенератора служит границей, отделяющей радиоактивный тепловоситель от рабочего тела. Поэтому конструкция парогевератора должна быть абсолютно герметичной во избежание попадания радиоактивного теплоносителя в рабочее тело и далее в обитаемый отсек паротурбинной установки. Ответственная роль парогенератора велика еще и потому, что он размещен в необитаемом отсеке (имеется в виду двухконтурная ЯЭУ). Следовательно, ремонт парогенератора во время работы установки практически невозможен.
Парогенераторы классифицируют по виду теплоносителя, принципу движения рабочего тела, конструктивному оформлению я другим признакам.
К отличительным конструктивным признакам относят:
— расположение корпуса парогенератора: вертикальное или горизонтальное;
— форму теплопередающих труб: прямотрубная, U-образная, змеевиковая;
— размещение экономайзера и пароперегревателя (если они есть): встроенные в корпус парогенератора или размещенные в специальных корпусах.
По принципу движения рабочего тела в парообразующей поверхности нагрева парогенераторы могут быть с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные. В парогенераторах с естественной циркуляцией рабочее тело движется, как правило, в межтрубном пространстве. В парогенераторах с принудительной циркуляцией и прямоточных рабочее тело может двигаться как в трубах, так и в межтрубном пространстве.
Циркуляция теплоносителя в первом контуре осуществляется как правило, принудительным способом.
Активная зона ядерного реактора
Активная зона имеет форму, близкую цилиндру, с эквивалентными высотой 3,55 м и диаметром 3,12 м. В ней находятся основные материалы реактора, ядерное топливо и замедлитель нейтронов и протекает цепная самоподдерживающая реакция деления.
Зона набирается из 151 кассеты (сборок тепловыделяющих элементов) (рис. 6.1). Форма кассеты - шестигранная призма с размером шестигранника под ключ 238 мм. Кожух кассеты выполнен из сплава циркония с ниобием толщиной 1,5 мм. В каждой кассете заключен 331 стержень, из которых на ТВЭЛы приходится 318,12 используются как направляющие для перемещения органов системы управления и защиты (СУЗ), один - для размещения детектора энерговыделения или температуры. Общая высота кассеты 4,66 м. В активной зоне кассеты устанавливаются с зазором 1,5 мм. Тепловыделяющие элементы применяются стержневого типа (рис. 6.1). В качестве ядерного топлива служит двуокись урана (1Юг) с обогащением 3,3% . Топливо применяется в виде таблеток диаметром 7,55 мм. Оболочка ТВЗЛов изготовлена из сплава циркония с ниобием толщиной 0,65 мм. Наружный диаметр ТВЗЛоВ 9,1 мм, длина 3,8 м, активная длина 3,55 м. ТВЗЛы в кассете расположены по треугольной решетке с шагом 12,75 мм.
Двуокись урана - керамическое топливо, которое обладает рядом преимуществ: стабильна под облучением температур близких к температуре плавления, химически устойчива по отношению к воде,
пару.
Применение оболочки из сплава цинка с ниобием объясняется малым сечением поглощения тепловых нейтронов у циркония (0,18 бар), а коррозионная стойкость и жаропрочность обеспечивается
ниобием.
Большая длина при малом диаметре ТВЗЛов применена с целью увеличить отношение поверхности к
объему, и соответственно уменьшить их теплонапряженность.
Требованиям надежности отвечают ТВЗЛы стержневого типа, кроме этого по сравнению с ТВЗЛами более сложной формы их изготовление экономически выгодней.
Рис. 6.1. Конструкция тепловыделяющего элемента:
1 - нижний хвостовик; 2 - ТВЭЛ; 3 -кожух кассеты; 4 - направляющие каналы для органов регулирования; 5 - штанга приводов органов управления; 6 - защитная труба; 7 - верхний хвостовик; 8 - регулирующие стержни (кластеры); 9 - подпружиненные штыри
В активной зоне гетерогенного реактора ядерное топливо заключено в герметичную оболочку. Конструкция, состоящая из ядерного топлива, оболочки и концевых частей, называется тепловыделяющим элементом. Его оболочка представляет собой тонкостенную трубку, внутри которой находится топливный сердечник. С торцов она заглушена пробками, которые заканчиваются наконечниками. Верхний и нижний наконечники служат для закрепления ТВЭЛоб и дистанционирования их в кассете. Топливный сердечник заполняет активный объем ТВЕЛа. Здесь происходит реакция деления ядер топлива UO2.
1 - наконечник нижний; 2 - оболочка; 3 - топливный сердечник; 4 — газовая полость (компенсационный объем); 5 - наконечник верхний; 6 - дистанционирующий элемент (звездочка)