壓水堆本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其重型構(gòu)件的制造

壓水堆本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其重型構(gòu)件的制造第1頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023返回結(jié)束放映第一節(jié)壓水堆本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介第二節(jié)堆芯第三節(jié)堆內(nèi)構(gòu)件第四節(jié)堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則第五節(jié)反應(yīng)堆壓力容器及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)第六節(jié)防止堆內(nèi)構(gòu)件振動(dòng)的可靠性措施第七節(jié)壓力容器與堆內(nèi)重型構(gòu)件的制造工藝第2頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第一節(jié)壓水堆本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

本章主要闡述壓水堆本體的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理、工作條件及設(shè)計(jì)要求。壓水堆本體簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件、反應(yīng)堆壓力容器、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(yè)/共102頁(yè)22三月2023下一頁(yè)壓水堆本體結(jié)構(gòu)圖第4頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023結(jié)構(gòu)圖下一頁(yè)

從這個(gè)結(jié)構(gòu)圖可以看出：堆芯是反應(yīng)堆內(nèi)能進(jìn)行可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的活性區(qū)，它是產(chǎn)生熱功率的源泉，它的形狀是一個(gè)圓柱形幾何體。堆芯是由上百個(gè)橫截面呈正方形的燃料組件構(gòu)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(guò)(轉(zhuǎn)下頁(yè)）第5頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明(續(xù)上頁(yè)）下柵格板及吊籃由反應(yīng)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(dá)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(yīng)堆壓力容器上部的進(jìn)口接管進(jìn)入，先沿著堆芯吊籃與反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)壁之間的環(huán)狀間隙向下流，在這過(guò)程中冷卻吊籃、熱屏蔽層和反應(yīng)堆壓力容器壁，到達(dá)反應(yīng)堆壓力容器底部后，改變方向向上流經(jīng)堆芯時(shí)，帶走核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。高溫冷卻劑從反應(yīng)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(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。下面從堆芯開(kāi)始，由里向外，對(duì)壓水堆本體結(jié)構(gòu)逐層進(jìn)行研究。上一頁(yè)返回第6頁(yè)/共102頁(yè)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(guān)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(lái)后，放在吊籃筒體的下部，吊籃筒體吊掛在堆的冷卻劑進(jìn)、出口接管上方壓力容器的凸肩上（見(jiàn)圖2－１）。堆芯設(shè)計(jì)的好壞對(duì)核島的安全性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，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(jié)構(gòu)與特點(diǎn)三、堆芯相關(guān)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(yè)/共102頁(yè)22三月2023結(jié)構(gòu)圖返回第8頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯設(shè)計(jì)基本要求返回1.堆芯功率分布應(yīng)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(jì)性;3.有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動(dòng)阻力;4.有較長(zhǎng)的堆芯壽命,以適當(dāng)減少換料操作次數(shù);5.堆芯結(jié)構(gòu)緊湊,換料操作很簡(jiǎn)易方便.第9頁(yè)/共102頁(yè)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)燃料棒時(shí)，芯塊與包殼之間應(yīng)留有徑向和軸向間隙。徑向間隙用來(lái)補(bǔ)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(bǔ)償作用外，還用來(lái)貯存燃料釋放出來(lái)的裂變氣體，如氪和氙。此外，為了降低運(yùn)行過(guò)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(shè)計(jì)都采用了預(yù)充壓技術(shù)，即在在包殼內(nèi)腔預(yù)先充有3.5ＭＰa的惰性氣體氦。當(dāng)燃料棒工作到接近壽期終了時(shí)，包殼管內(nèi)氦氣加上裂變氣體的總壓力應(yīng)同包殼管外壓力（冷卻劑工作壓力15.5MPa以及停堆換料時(shí)的一個(gè)大氣壓力）相匹配，防止包殼破損。返回第10頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023燃料棒示圖返回第11頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023燃料芯塊

核電廠反應(yīng)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(guò)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(guò)大而引起的收縮變形。芯塊兩端做成凹碟形，以便補(bǔ)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(yè)/共102頁(yè)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(guò)去的略有增加，以提高包殼的強(qiáng)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(lái)減少芯塊的軸向傳熱，從而減少端塞的熱應(yīng)力。第13頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023壓緊彈簧

端部的壓緊彈簧用來(lái)防止燃料棒在運(yùn)輸、吊裝和運(yùn)行過(guò)程中芯塊的移動(dòng)，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(lái)密封元件并起吊耳和支承作用。第14頁(yè)/共102頁(yè)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(dǎo)向管、定位格架、壓緊彈簧等幾個(gè)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(dǎo)向管和1根堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管、上管座和定位格架組合成一個(gè)整體的燃料組件骨架，再把264根燃料棒逐個(gè)地從骨架下端插入，最后將下管座裝在導(dǎo)向管下端，用螺紋連接并點(diǎn)焊牢。這就是燃料組件的組裝工藝過(guò)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(gè)這樣的燃料組件，共有264根燃料棒，24根控制棒導(dǎo)向管和一根堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管，共計(jì)289個(gè)柵位。其排列方式如圖２－４所示。返回第15頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023燃料組件組成下管座導(dǎo)向管定位格架上管座第16頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023返回第17頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023下管座

是用304型不銹鋼制成的箱式結(jié)構(gòu)，用來(lái)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(jié)構(gòu)。它由帶槽形孔的上孔板、側(cè)板、框架、壓緊彈簧、夾持器襯墊等所組成。第18頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023導(dǎo)向管

導(dǎo)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(dǎo)向管的內(nèi)徑都相同，它們是堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管，可用來(lái)引進(jìn)測(cè)量裝置。返回定位格架

定位格架是燃料棒徑向定位件，用來(lái)夾持燃料棒和加強(qiáng)燃料棒剛性。其結(jié)構(gòu)對(duì)燃料棒周圍的水力和熱工性能有顯著影響。合理的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(jié)構(gòu)。燃料棒沿長(zhǎng)度方向按一定間隔布設(shè)8排定位格架。第19頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023大型壓水堆正方形柵格返回第20頁(yè)/共102頁(yè)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(jié)構(gòu)形式。壓水堆核電廠廣泛采用棒束型控制棒。返回第21頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023控制棒組件的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

圖2－５給出了17×17型燃料組件中控制棒組件的典型結(jié)構(gòu)。24根控制棒分別固定在蜘蛛狀連接柄的星形接頭上，便構(gòu)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(shí)起緩沖和制動(dòng)作用。連接柄端部用螺紋與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸上的可拆接頭連接。這種控制棒組件有如下特點(diǎn)：（1）棒徑細(xì)、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(shí)的空腔效應(yīng)??；（3）由于單根控制棒細(xì)而長(zhǎng)，增大了撓性，因而保證控制棒與導(dǎo)向管對(duì)中的前提下，可相對(duì)放寬裝配工藝要求，而不致引起卡棒現(xiàn)象。返回第22頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023控制棒組件的典型結(jié)構(gòu)返回第23頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023中子源組件

凡包含有中子源的堆芯相關(guān)組件稱為中子源組件。為了保證反應(yīng)堆在任何情況下都能安全啟動(dòng)，在堆芯整個(gè)壽期內(nèi)要有足夠強(qiáng)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(dòng)，也稱為一次源。（２）銻－鈹（Ｓb-Ｂe）源這種中子源用于堆運(yùn)行過(guò)程中的再次啟動(dòng)，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(gòu)成堆芯相關(guān)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(dǎo)向管內(nèi)并懸吊在堆芯半高處。返回第24頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯相關(guān)組件中子源可燃毒物棒阻力塞返回第25頁(yè)/共102頁(yè)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(guān)組件稱為可燃毒物組件。見(jiàn)圖２－６中的③。返回阻力塞組件

只含有阻力塞的堆芯相關(guān)組件稱為阻力塞組件。見(jiàn)圖２－６中的②。第26頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯各組件的布置方案法國(guó)壓水堆核電廠的堆芯各組件的布置方案第27頁(yè)/共102頁(yè)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(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯各組件的布置方案返回第29頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第三節(jié)堆內(nèi)構(gòu)件

反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)除燃料組件和堆芯相關(guān)組件以外的所有其它結(jié)構(gòu)件叫堆內(nèi)構(gòu)件。包括堆芯上部支承構(gòu)件、堆芯下部支承構(gòu)件、堆芯測(cè)量支承構(gòu)件及輻照監(jiān)督裝置等。壓水堆核電廠對(duì)堆內(nèi)構(gòu)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(guān)組件；為控制棒組件提升和下降提供導(dǎo)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(dǎo)進(jìn)入反應(yīng)堆的冷卻劑通過(guò)堆芯，限制旁通流量與減少泄漏量；合理地分配進(jìn)入堆芯冷劑流量；降低反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)表面所遭受的快中子注量；為堆芯測(cè)量部件提供支承和導(dǎo)向等等。一、堆芯上部支承構(gòu)件二、堆芯下部支承構(gòu)件返回第30頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023一、堆芯上部支承構(gòu)件

堆芯上部支承構(gòu)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(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和為堆芯測(cè)量部件提供導(dǎo)向與固定。堆芯上部支承構(gòu)件由導(dǎo)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(dǎo)向組件等組成。如圖２－８所示。返回第31頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯上部支承構(gòu)件圖１－導(dǎo)向管支承板；２－壓緊彈簧；３－驅(qū)動(dòng)軸；４－堆芯上柵格板；５－控制棒導(dǎo)向組件；６－堆芯上部支承柱；７－定位銷。返回第32頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023導(dǎo)向管支承板

導(dǎo)向管支承板是一個(gè)焊接構(gòu)件，由一塊厚鋼板、一個(gè)法蘭和一個(gè)圓筒組成。在厚板上固定著控制棒導(dǎo)向組件的一端、熱電偶導(dǎo)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(yīng)堆壓力容器和壓力容器頂蓋之間。所有堆芯測(cè)溫?zé)犭娕紝?dǎo)管集裝到幾個(gè)熱電偶管座上，管座固定在導(dǎo)向管支承板上，并通過(guò)壓力容器頂蓋上的管座及管座頂端的密封機(jī)構(gòu)穿出壓力容器。返回第33頁(yè)/共102頁(yè)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(duì)中并壓緊定位，與堆芯下部支承構(gòu)件的流量分配孔板、堆芯下柵格板相配合，分配反應(yīng)堆冷卻劑，固定堆芯上部支承柱，固定導(dǎo)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(jié)構(gòu)。600ＭＷ級(jí)壓水堆核電廠所用的上柵格板見(jiàn)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(guān)設(shè)計(jì)、制造準(zhǔn)則，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量。返回第34頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023上柵格板圖返回第35頁(yè)/共102頁(yè)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(dǎo)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(yīng)堆冷卻劑提供流道，還可作熱電偶導(dǎo)向管的支承等。這些支承柱是用鋼管制作的，加工時(shí)要嚴(yán)格保證其長(zhǎng)度精度。返回第36頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023控制棒導(dǎo)向組件

控制棒導(dǎo)向組件是一個(gè)比較精密的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，尺寸精度要求也高，左圖就是一個(gè)控制棒導(dǎo)向組件。返回第37頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023二、堆芯下部支承構(gòu)件

堆芯下部支承構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件在首爐堆芯裝料前被裝入反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)，如需要可將其吊出，以便進(jìn)行壓力容器的在役檢查。返回第38頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯下部支承構(gòu)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(cè)量導(dǎo)管下一頁(yè)第39頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆芯下部支承構(gòu)件圖2返回上一頁(yè)第40頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023１．吊籃筒體

在大多數(shù)壓水堆中，吊籃筒體的結(jié)構(gòu)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(yīng)堆壓力容器內(nèi)壁的支承凸肩上。返回第41頁(yè)/共102頁(yè)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(duì)堆芯快中子的輻照防護(hù)，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(qiáng)這種防護(hù)。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(yīng)堆中心軸的四個(gè)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(yè)/共102頁(yè)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(gè)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(yán)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(dá)到充分冷卻燃料組件的目的。返回第43頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023４．下柵格板

下柵格板直接支承整個(gè)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(guò)下述兩種途徑傳遞給堆芯吊籃筒體：通過(guò)周邊，支承在一個(gè)與吊籃筒體下部相焊接的圓筒上；通過(guò)支承柱，將力分配到吊籃筒體下部的支承板上。返回第44頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023下柵格板組件圖返回第45頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023５.流量分配孔板

流量分配孔板用于分配進(jìn)入堆芯的冷卻劑流量。我國(guó)秦山核電廠所用的下柵格板與流量分配孔板組焊成一個(gè)整體，稱為下柵格板組件。它們的結(jié)構(gòu)如圖３－１２所示。返回第46頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023６．二次支承組件和堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)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(gè)堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管等組成。厚底板的外形與反應(yīng)堆壓力容器下封頭底部的形狀相似，通過(guò)堆芯支承柱和多個(gè)堆內(nèi)測(cè)量導(dǎo)管懸掛在下柵格板的底面之下。返回第47頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第四節(jié)

堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是設(shè)計(jì)壓水堆核電廠堆內(nèi)構(gòu)件的指令性文件。在設(shè)計(jì)堆內(nèi)構(gòu)件時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。除了該準(zhǔn)則外，其余的設(shè)計(jì)工作，如結(jié)構(gòu)要素、幾何尺寸、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法，與通用機(jī)械的設(shè)計(jì)完全一樣。因此，本節(jié)重點(diǎn)介紹標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。一、機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則三、與反應(yīng)堆本體其它部件的接口準(zhǔn)則四．技術(shù)文件返回第48頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023一、機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)則１．設(shè)計(jì)載荷２．設(shè)計(jì)溫度３．應(yīng)力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則４．應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)限值５．變形準(zhǔn)則返回第49頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023１．設(shè)計(jì)載荷（１）對(duì)工況Ⅰ和工況Ⅱ，堆內(nèi)構(gòu)件應(yīng)在下列設(shè)計(jì)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(guān)組件的自重；堆內(nèi)構(gòu)件的自重；支承、壓緊、約束等反作用力；反應(yīng)堆冷卻劑流動(dòng)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(shí)的沖擊載荷等）；反應(yīng)堆冷卻劑沖擊和流動(dòng)所產(chǎn)生的載荷；熱效應(yīng)、溫度梯度和熱脹差所引起的載荷；振動(dòng)載荷；在換料或在役檢查中承受的操作載荷。（２）對(duì)工況Ⅲ，應(yīng)力限值應(yīng)滿足上述載荷加上安全停堆地震的載荷。（３）對(duì)工況Ⅳ，應(yīng)力限值應(yīng)滿足工況Ⅲ下的載荷再加上假想的主管道破裂時(shí)對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件瞬態(tài)作用的載荷。返回第50頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023２．設(shè)計(jì)溫度

設(shè)計(jì)溫度不得低于正常運(yùn)行時(shí)整個(gè)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(shè)計(jì)溫度時(shí)必須考慮這種影響。返回第51頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023３．應(yīng)力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（１）確定應(yīng)力強(qiáng)度理論的依據(jù)為最大剪應(yīng)力理論。（２）設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值Ｓm

為下列各值中的最小者：１）對(duì)鐵素體鋼：室溫下規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度的１／３；設(shè)計(jì)溫度下抗拉強(qiáng)度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度的２／３；設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度的２／３。２）對(duì)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(qiáng)度的１／３；設(shè)計(jì)溫度下抗拉強(qiáng)度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度的２／３；設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度的90％，但不超過(guò)室溫下規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度的２／３。３）對(duì)螺栓堅(jiān)固件材料：室溫下規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度的１／３；設(shè)計(jì)溫度下屈服強(qiáng)度的１／３。返回第52頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023４．應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)限值（1）（１）對(duì)工況Ⅰ和工況Ⅱ：１）總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不大于設(shè)計(jì)溫度下的１．０Ｓm。２）總體一次薄膜和一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不大于１．５Ｓm

。３）總的一次和二次應(yīng)力強(qiáng)度之和不大于３．０Ｓm。４）由最大載荷所引起的平均支承應(yīng)力，限值應(yīng)在設(shè)計(jì)溫度下的材料屈服強(qiáng)度以內(nèi)。當(dāng)距自由端的距離大于施加支承載荷的距離時(shí)，平均支承應(yīng)力允許達(dá)到材料屈服強(qiáng)度（Sy）的１．５倍。５）剪切應(yīng)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(gè)截面中引起的平均一次剪應(yīng)力應(yīng)限值在０．６Ｓm；所產(chǎn)生的最大一次剪應(yīng)力應(yīng)限值在０．８Ｓm。Ｓm

代表應(yīng)力強(qiáng)度，也即當(dāng)量應(yīng)力，這里為第三強(qiáng)度理論所得。下一頁(yè)第53頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023４．應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)限值（2）

６）螺栓堅(jiān)固件的應(yīng)力限值

a.僅由設(shè)計(jì)機(jī)械載荷產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下的１．０Ｓm

；

b.對(duì)堅(jiān)固件桿身截面或螺紋部分截面的一次薄膜應(yīng)力加二次薄膜應(yīng)力（包括預(yù)緊力引起的應(yīng)力）不應(yīng)高于設(shè)計(jì)溫度下材料屈服強(qiáng)度的0.9Ｓy或材料抗拉強(qiáng)度（Ｓu）的2／3這兩者中的較小值；

c.一次薄膜和彎曲應(yīng)力加二次薄膜和彎曲應(yīng)力不大于1.2Ｓy或8／9Ｓu

兩者中的較小值。（２）對(duì)工況Ⅲ

１）總體一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度不大于１．５Ｓｍ。２）總體一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度不大于2.25Ｓｍ。返回第54頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023５．變形準(zhǔn)則（１）在正常運(yùn)行載荷加１／２安全停堆地震載荷作用下，堆內(nèi)構(gòu)件不應(yīng)發(fā)生永久變形。（２）在正常運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(lái)冷卻堆芯，并有足夠多的控制棒插入堆芯。返回第55頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023

１．堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)材料和焊接材料必須符合國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或有關(guān)堆內(nèi)材料的技術(shù)條件。２．堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)確保其功能要求。在此前堤下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，盡量減少機(jī)械連接件的數(shù)量。３．結(jié)構(gòu)中所有重要的焊縫必須采用全焊透焊縫，焊接接頭型式應(yīng)有利于減少焊接變形及殘余應(yīng)力。４．控制棒導(dǎo)向組件應(yīng)在冷、熱態(tài)控制棒驅(qū)動(dòng)線試驗(yàn)中驗(yàn)證其可行性及可靠性。５．堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須做到在換料及反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)表面在役檢查時(shí)能整體吊裝，必須滿足能遠(yuǎn)距離安全吊裝的要求。６．堆內(nèi)構(gòu)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(yīng)考慮設(shè)置松動(dòng)件的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。７．與反應(yīng)堆冷卻劑接觸的主要部件的自由表面，其粗糙度應(yīng)為

1.62.5

８．與燃料組件相配的定位銷等構(gòu)件應(yīng)滿足互換性的要求。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則返回第56頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023三、與反應(yīng)堆本體其它部件的接口準(zhǔn)則１．堆內(nèi)構(gòu)件的對(duì)中應(yīng)滿足控制棒驅(qū)動(dòng)線的對(duì)中要求。２．堆芯圍板與燃料組件之間的間隙大小應(yīng)適當(dāng)，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(guò)大而造成冷卻劑旁流太多。３．堆內(nèi)構(gòu)件的冷卻劑出口接管與反應(yīng)堆壓力容器出口接管的貼合應(yīng)盡可能好，既要在冷卻時(shí)有適當(dāng)間隙，又要防止熱態(tài)過(guò)盈。４．堆內(nèi)構(gòu)件與反應(yīng)堆壓力容器相匹配的定位鍵要可靠，不準(zhǔn)有咬合、卡住和松動(dòng)。返回第57頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023四．技術(shù)文件設(shè)計(jì)單位應(yīng)提供下列技術(shù)文件：技術(shù)圖紙及說(shuō)明書(shū)；設(shè)備和備件清單；有關(guān)堆內(nèi)構(gòu)件使用的材料技術(shù)文件、制造技術(shù)文件（包括鍛造、焊接、熱處理、機(jī)加工等）、檢驗(yàn)技術(shù)文件（包括超聲、射線、滲透、目視）以及清洗、裝配、包裝、運(yùn)輸、安裝等技術(shù)條件；保證堆內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量的質(zhì)量保證文件。返回第58頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第五節(jié)反應(yīng)堆壓力容器及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、反應(yīng)堆壓力容器二、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)返回第59頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023反應(yīng)堆壓力容器

反應(yīng)堆壓力容器又叫壓力殼，其功能是裝載反應(yīng)堆堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件，密封高溫高壓冷卻劑，并提供安全運(yùn)行所必須的堆芯控制和堆內(nèi)測(cè)量的導(dǎo)向和定位。反應(yīng)堆壓力容器屬安全一級(jí)設(shè)備。該設(shè)備的失效將導(dǎo)致堆芯冷卻劑流失。在各種運(yùn)行工況和試驗(yàn)條件下，壓力容器均應(yīng)保持其結(jié)構(gòu)的完整性。反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)堆壓力容器處于高溫（約320℃）、高壓（約15.8ＭＰa

）、強(qiáng)輻照、強(qiáng)腐蝕等環(huán)境下，其設(shè)計(jì)制造要求很嚴(yán)格。反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法學(xué)內(nèi)容見(jiàn)第三章。以下兩表給出了一些技術(shù)參數(shù)和數(shù)據(jù)。一、反應(yīng)堆壓力容器的構(gòu)造二、密封裝置返回第60頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023反應(yīng)堆壓力容器技術(shù)參數(shù)第61頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第62頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023嶺澳核電站二期反應(yīng)堆壓力容器第63頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023嶺澳核電站二期反應(yīng)堆壓力容器返回嶺澳核電站二期反應(yīng)堆壓力容器第64頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023一、反應(yīng)堆壓力容器的構(gòu)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(guò)渡環(huán)7.底封頭返回第65頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023二、密封裝置

為確保反應(yīng)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(shè)用Inconel制造的Ｏ形密封環(huán)進(jìn)行密封。在靠堆芯一側(cè)的Ｏ形環(huán)表面上，沿周向開(kāi)有很多均勻分布的小孔或細(xì)縫。這樣可使環(huán)的內(nèi)腔與堆內(nèi)介質(zhì)連通。當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，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(dá)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(yù)緊力使Ｏ形密封環(huán)受壓變形，達(dá)到密封效果。返回第66頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介(1)

控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于反應(yīng)堆本體上方。由于反應(yīng)堆內(nèi)的控制棒組件較多，每組控制棒組件需要一套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，故需要與控制棒組件數(shù)目相同的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其工作原理和具體結(jié)構(gòu)、型式的設(shè)計(jì)將在第五章詳述?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是根據(jù)堆控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)的指令，驅(qū)動(dòng)控制棒組件從堆芯提升、保持在某一給定位置上（簡(jiǎn)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(yīng)速率，保證堆芯安全。也即驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jiǎn)稱事故快插、事故落棒）等任務(wù)。下一頁(yè)返回第67頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023田灣核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外觀圖第68頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外觀圖第69頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外觀圖第70頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023嶺澳核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第71頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023秦山二期核電站控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第72頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介(2)

控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足如下的基本要求：反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，確保控制棒按設(shè)計(jì)速度提升或下降，動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤；事故情況下，嚙合處能迅速自動(dòng)脫開(kāi)和按時(shí)快速落棒；穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，控制棒應(yīng)被夾持而停留在一定位置上。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)耐殼的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)與反應(yīng)堆壓力容器承受的壓力相同，嚴(yán)防破裂。具有足夠的超載提升能力和抗沖擊耐震動(dòng)的能力。具有足夠的設(shè)計(jì)奉命。結(jié)構(gòu)緊湊，裝卸、維修方便，且造價(jià)低廉。返回第73頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023第六節(jié)防止堆內(nèi)構(gòu)件振動(dòng)的可靠性措施一、壓水堆內(nèi)部構(gòu)件所處的工作環(huán)境二、堆內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生振動(dòng)的危害性與可能性三、防止振動(dòng)的可靠性措施返回第74頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023一、壓水堆內(nèi)部構(gòu)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(jī)械設(shè)備及管道均屬于核安全１級(jí)和抗地震１類。雖然，堆內(nèi)構(gòu)件屬于核安全３級(jí)設(shè)備，但其振動(dòng)卻危及反應(yīng)堆和核電廠一回路的安全。堆內(nèi)構(gòu)件主要包括堆芯下部支承構(gòu)件、堆芯上部支承構(gòu)件、堆內(nèi)測(cè)量裝置等（見(jiàn)圖）。在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，堆內(nèi)構(gòu)件承受著多種載荷，如壓力載荷、高溫?zé)彷d荷、機(jī)械載荷、溫度或壓力變化時(shí)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(gòu)件所處的工作環(huán)境。返回第75頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023堆內(nèi)構(gòu)件返回第76頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023二、堆內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生振動(dòng)的危害性與可能性

一回路的主設(shè)備及其管道發(fā)生破損或裂紋，放射性物質(zhì)就會(huì)泄漏到安全殼內(nèi)。就會(huì)污染安全殼內(nèi)的所有機(jī)械設(shè)備和其中的空氣，進(jìn)而傷害停堆后進(jìn)入安全殼內(nèi)維修的工作人員。造成一回路主設(shè)備及管系破損或裂紋的原因很多：有熱工水力設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)與制造，又是使堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生振動(dòng)的根源。堆內(nèi)構(gòu)件一旦發(fā)生振動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大破裂程度。因此，防止堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生振動(dòng)就是保證核電廠安全可靠地運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一。返回第77頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023三、防止振動(dòng)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(hù)人和環(huán)境不受超過(guò)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(yùn)行的能力。為了確保堆內(nèi)構(gòu)件的可靠度，必須采取以下的多方面（學(xué)科）措施。１、機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造方面應(yīng)采取的措施２、熱工水力學(xué)設(shè)計(jì)的措施３、核控制方面的措施４、計(jì)算機(jī)控制方面采取的措施第78頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023三、防止振動(dòng)的可靠性措施振動(dòng)方程： 式中：

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

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

壓水堆重型構(gòu)件指的是反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及其下部筒體組焊件、吊藍(lán)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(guó)制造反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)備條件分析三、重型構(gòu)件的加工部位和加工方法返回第80頁(yè)/共102頁(yè)22三月2023一、制造壓水堆壓力容器的參考工藝流程

反應(yīng)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(jiàn)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(yè)/共102