压水堆本体结构幻灯片.ppt

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1、压水堆本体结构第1页，共52页，编辑于2022年，星期五第二章第二章 压水堆本体结构压水堆本体结构 第2页，共52页，编辑于2022年，星期五典型压水反应堆典型压水反应堆本体结构本体结构 反反应应堆堆本本体体堆芯（活性区）堆芯（活性区）堆芯（活性区）堆芯（活性区）堆内构件堆内构件堆内构件堆内构件反应堆压力容器反应堆压力容器反应堆压力容器反应堆压力容器（压力壳）（压力壳）（压力壳）（压力壳）控制棒传动机构控制棒传动机构控制棒传动机构控制棒传动机构（控制棒驱动机构）（控制棒驱动机构）（控制棒驱动机构）（控制棒驱动机构）第3页，共52页，编辑于2022年，星期五压水堆堆芯部分的横截面压水堆堆芯部分的

2、横截面压水堆堆芯部分的横截面压水堆堆芯部分的横截面 第4页，共52页，编辑于2022年，星期五堆芯，活性区堆芯，活性区：core；（注：快堆内还有；（注：快堆内还有blanket，再生区），再生区）燃料组件燃料组件：fuel assembly;反应堆堆内构件反应堆堆内构件：reactor vessel internals;控制棒驱动机构控制棒驱动机构：control rod drive mechanism;横截面横截面：cross-section;剖面剖面：cutaway section.第5页，共52页，编辑于2022年，星期五1、堆芯结构、堆芯结构vv堆芯是反应堆的核心部分，核燃料在这里实

3、现链式裂变反堆芯是反应堆的核心部分，核燃料在这里实现链式裂变反堆芯是反应堆的核心部分，核燃料在这里实现链式裂变反堆芯是反应堆的核心部分，核燃料在这里实现链式裂变反应，并将核能转化为热能，此外，堆芯又是强放射源。应，并将核能转化为热能，此外，堆芯又是强放射源。应，并将核能转化为热能，此外，堆芯又是强放射源。应，并将核能转化为热能，此外，堆芯又是强放射源。vv压水堆堆芯由压水堆堆芯由压水堆堆芯由压水堆堆芯由核燃料组件核燃料组件核燃料组件核燃料组件、控制棒组件控制棒组件控制棒组件控制棒组件、固体可燃毒物组件固体可燃毒物组件固体可燃毒物组件固体可燃毒物组件、阻力塞组件阻力塞组件阻力塞组件阻力塞组件以及

4、以及以及以及中子源组件中子源组件中子源组件中子源组件等组成。等组成。等组成。等组成。vv用作慢化剂兼冷却剂的水，从用作慢化剂兼冷却剂的水，从用作慢化剂兼冷却剂的水，从用作慢化剂兼冷却剂的水，从进口接管进口接管进口接管进口接管流入压力容器，沿吊流入压力容器，沿吊流入压力容器，沿吊流入压力容器，沿吊篮（篮（篮（篮（core barrelcore barrel）与压力容器内壁之间的环形通道）与压力容器内壁之间的环形通道）与压力容器内壁之间的环形通道）与压力容器内壁之间的环形通道(也称也称也称也称下行下行下行下行流道流道流道流道)流向流向流向流向堆芯下腔室堆芯下腔室堆芯下腔室堆芯下腔室，然后转而向上流

5、经，然后转而向上流经，然后转而向上流经，然后转而向上流经堆芯堆芯堆芯堆芯，加热后的，加热后的，加热后的，加热后的冷却剂经冷却剂经冷却剂经冷却剂经堆芯上腔室堆芯上腔室堆芯上腔室堆芯上腔室从从从从出口接管出口接管出口接管出口接管流出。流出。流出。流出。http:/ http:/ http:/ http:/ 第6页，共52页，编辑于2022年，星期五 压水反应堆内的燃料组件在堆芯中处在压水反应堆内的燃料组件在堆芯中处在压水反应堆内的燃料组件在堆芯中处在压水反应堆内的燃料组件在堆芯中处在高温高温高温高温、高压高压高压高压、含硼水含硼水含硼水含硼水、强中子辐照强中子辐照强中子辐照强中子辐照、腐蚀腐蚀腐蚀

6、腐蚀、冲刷冲刷冲刷冲刷和和和和水力振动水力振动水力振动水力振动等恶劣条件下长期工作，等恶劣条件下长期工作，等恶劣条件下长期工作，等恶劣条件下长期工作，因此核燃料组件的性能直接关系到反应堆的安全可靠性。因此核燃料组件的性能直接关系到反应堆的安全可靠性。因此核燃料组件的性能直接关系到反应堆的安全可靠性。因此核燃料组件的性能直接关系到反应堆的安全可靠性。大多数较新型的压水反应堆的燃料组件内，按大多数较新型的压水反应堆的燃料组件内，按大多数较新型的压水反应堆的燃料组件内，按大多数较新型的压水反应堆的燃料组件内，按17171717排列成排列成排列成排列成正方形栅格。在每一组件的正方形栅格。在每一组件的正

7、方形栅格。在每一组件的正方形栅格。在每一组件的289289个可利用的空位中，个可利用的空位中，个可利用的空位中，个可利用的空位中，燃料棒燃料棒燃料棒燃料棒占据占据占据占据264264个个个个，其余空位装有控制棒导向管（其余空位装有控制棒导向管（其余空位装有控制棒导向管（其余空位装有控制棒导向管（control rod guide control rod guide tubetube）（内装控制棒和可燃毒物棒）（内装控制棒和可燃毒物棒）（内装控制棒和可燃毒物棒）（内装控制棒和可燃毒物棒），最中心的管供中子注最中心的管供中子注最中心的管供中子注最中心的管供中子注量率测量用量率测量用量率测量用量率测

8、量用。组件中的燃料棒沿长度方向设有组件中的燃料棒沿长度方向设有组件中的燃料棒沿长度方向设有组件中的燃料棒沿长度方向设有8 8层层层层弹簧定位格架（弹簧定位格架（弹簧定位格架（弹簧定位格架（spring spring spacer gridspacer grid），将元件棒按一定间距定位并夹紧，但允许，将元件棒按一定间距定位并夹紧，但允许，将元件棒按一定间距定位并夹紧，但允许，将元件棒按一定间距定位并夹紧，但允许元件棒能沿轴向自由膨胀，以防止由于热膨胀引起元件元件棒能沿轴向自由膨胀，以防止由于热膨胀引起元件元件棒能沿轴向自由膨胀，以防止由于热膨胀引起元件元件棒能沿轴向自由膨胀，以防止由于热膨胀引

9、起元件棒的弯曲。棒的弯曲。棒的弯曲。棒的弯曲。一、燃料组件一、燃料组件第7页，共52页，编辑于2022年，星期五 控制棒导向管、中子注量率控制棒导向管、中子注量率控制棒导向管、中子注量率控制棒导向管、中子注量率(neutron fluence rateneutron fluence rate)测量管和弹簧测量管和弹簧测量管和弹簧测量管和弹簧定位格架一起构成一个刚性的组件骨架（定位格架一起构成一个刚性的组件骨架（定位格架一起构成一个刚性的组件骨架（定位格架一起构成一个刚性的组件骨架（frameworkframework）。元件）。元件）。元件）。元件棒按空位插于骨架内。骨架的上、下端是棒按空位插

10、于骨架内。骨架的上、下端是棒按空位插于骨架内。骨架的上、下端是棒按空位插于骨架内。骨架的上、下端是上、下管座上、下管座上、下管座上、下管座。燃料组件就是由燃料组件就是由燃料组件就是由燃料组件就是由燃料元件棒燃料元件棒燃料元件棒燃料元件棒及及及及组件骨架组件骨架组件骨架组件骨架等所组成。上、下管等所组成。上、下管等所组成。上、下管等所组成。上、下管座均设有定位销孔，燃料组件装入堆芯后依靠这些定位销孔座均设有定位销孔，燃料组件装入堆芯后依靠这些定位销孔座均设有定位销孔，燃料组件装入堆芯后依靠这些定位销孔座均设有定位销孔，燃料组件装入堆芯后依靠这些定位销孔与堆内与堆内与堆内与堆内上、下栅板上、下栅板

11、上、下栅板上、下栅板上的定位销钉相配，从而使燃料组件在堆上的定位销钉相配，从而使燃料组件在堆上的定位销钉相配，从而使燃料组件在堆上的定位销钉相配，从而使燃料组件在堆芯中按一定间距定位。芯中按一定间距定位。芯中按一定间距定位。芯中按一定间距定位。上管座设置有上管座设置有上管座设置有上管座设置有压紧弹簧（压紧弹簧（压紧弹簧（压紧弹簧（hold-down springhold-down spring），其作用是使，其作用是使，其作用是使，其作用是使燃料组件承受一个轴向压紧力，以防止冷却剂自下而上高燃料组件承受一个轴向压紧力，以防止冷却剂自下而上高燃料组件承受一个轴向压紧力，以防止冷却剂自下而上高燃料

12、组件承受一个轴向压紧力，以防止冷却剂自下而上高速流动时引起燃料组件窜动。同时，可以补偿各种结构材速流动时引起燃料组件窜动。同时，可以补偿各种结构材速流动时引起燃料组件窜动。同时，可以补偿各种结构材速流动时引起燃料组件窜动。同时，可以补偿各种结构材料的热膨胀，减小突然外来载荷料的热膨胀，减小突然外来载荷料的热膨胀，减小突然外来载荷料的热膨胀，减小突然外来载荷(例如地震例如地震例如地震例如地震)对燃料组件的对燃料组件的对燃料组件的对燃料组件的冲击。冲击。冲击。冲击。第8页，共52页，编辑于2022年，星期五压水反应堆燃料元件组件第9页，共52页，编辑于2022年，星期五(I)(I)燃料元件棒燃料元

13、件棒燃料元件棒燃料元件棒 燃料元件棒是反应堆运行时产生核裂变并释放热量的部件。下燃料元件棒是反应堆运行时产生核裂变并释放热量的部件。下燃料元件棒是反应堆运行时产生核裂变并释放热量的部件。下燃料元件棒是反应堆运行时产生核裂变并释放热量的部件。下图示出了压水堆燃料元件，它的长度一般为图示出了压水堆燃料元件，它的长度一般为图示出了压水堆燃料元件，它的长度一般为图示出了压水堆燃料元件，它的长度一般为3 3 4 4mm，外径约为，外径约为，外径约为，外径约为9.59.5mmmm。按设计要求将一定数量的二氧化铀。按设计要求将一定数量的二氧化铀。按设计要求将一定数量的二氧化铀。按设计要求将一定数量的二氧化铀

14、燃料芯块燃料芯块燃料芯块燃料芯块（陶瓷芯块）（陶瓷芯块）（陶瓷芯块）（陶瓷芯块）装入装入装入装入锆锆锆锆-4-4合金管（燃料包壳）合金管（燃料包壳）合金管（燃料包壳）合金管（燃料包壳）内。上、下两内。上、下两内。上、下两内。上、下两端都设有三氧化二铝的端都设有三氧化二铝的端都设有三氧化二铝的端都设有三氧化二铝的陶瓷隔热片陶瓷隔热片陶瓷隔热片陶瓷隔热片，以减小芯块的轴向，以减小芯块的轴向，以减小芯块的轴向，以减小芯块的轴向传热。为防止运输过程中棒内芯块发生窜动，顶部设有传热。为防止运输过程中棒内芯块发生窜动，顶部设有传热。为防止运输过程中棒内芯块发生窜动，顶部设有传热。为防止运输过程中棒内芯块发

15、生窜动，顶部设有螺旋形螺旋形螺旋形螺旋形压紧弹簧压紧弹簧压紧弹簧压紧弹簧。锆。锆。锆。锆-4-4合金管的两端用锆合金合金管的两端用锆合金合金管的两端用锆合金合金管的两端用锆合金端塞端塞端塞端塞堵封并焊堵封并焊堵封并焊堵封并焊接。接。接。接。第10页，共52页，编辑于2022年，星期五(1)燃料芯块燃料芯块 目目目目前前前前压压压压水水水水堆堆堆堆燃燃燃燃料料料料元元元元件件件件中中中中的的的的芯芯芯芯块块块块都都都都采采采采用用用用二二二二氧氧氧氧化化化化铀铀铀铀做做做做成成成成，核核核核燃燃燃燃料料料料富富富富集集集集度度度度约约约约为为为为2 2；芯芯芯芯块块块块直直直直径径径径约约约约为

16、为为为8 8 9 9mmmm；高高高高度度度度与与与与直直直直径径径径比比比比一一一一般为般为般为般为1 1 1.51.5。由由由由于于于于UOUO2 2热热热热导导导导率率率率小小小小，故故故故在在在在反反反反应应应应堆堆堆堆运运运运行行行行时时时时芯芯芯芯块块块块中中中中心心心心部部部部分分分分比比比比周周周周边边边边部部部部分分分分的的的的温温温温度度度度要要要要高高高高得得得得多多多多，从从从从而而而而使使使使芯芯芯芯块块块块形形形形成成成成下下下下图图图图(a)(a)砂砂砂砂漏漏漏漏状状状状；由由由由于于于于端端端端部部部部效效效效应应应应，芯芯芯芯块块块块端端端端面面面面部部部部分

17、分分分的的的的径径径径向向向向变变变变形形形形比比比比芯芯芯芯块块块块中中中中部部部部的的的的径径径径向向向向变变变变形形形形要要要要严严严严重重重重得得得得多多多多，并并并并由由由由于于于于芯芯芯芯块块块块和和和和包包包包壳壳壳壳的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用，于于于于是是是是产产产产生生生生了了了了下下下下图图图图(b)(b)所所所所示示示示的的的的“竹竹竹竹节节节节状状状状”，燃燃燃燃料料料料元元元元件件件件包包包包壳壳壳壳最最最最易在这一部位发生破损。易在这一部位发生破损。易在这一部位发生破损。易在这一部位发生破损。因因因因此此此此，燃燃燃燃料料料料芯芯芯芯块块块块一一一一般

18、般般般都都都都做做做做成成成成下下下下图图图图(c)(c)那那那那样样样样的的的的蝶蝶蝶蝶形形形形端端端端面面面面加加加加倒倒倒倒角角角角，从而减小芯块与包壳的相互作用。从而减小芯块与包壳的相互作用。从而减小芯块与包壳的相互作用。从而减小芯块与包壳的相互作用。http:/ http:/ http:/ http:/ 第11页，共52页，编辑于2022年，星期五压水堆燃料芯块压水堆燃料芯块压水堆燃料芯块压水堆燃料芯块第12页，共52页，编辑于2022年，星期五(2)包壳管包壳管 燃燃燃燃料料料料元元元元件件件件的的的的包包包包壳壳壳壳（claddingcladding）是是是是反反反反应应应应堆堆

19、堆堆内内内内防防防防止止止止强强强强放放放放射射射射性性性性物物物物质质质质外外外外泄泄泄泄的的的的第第第第一一一一道道道道屏屏屏屏障障障障，也也也也是是是是最最最最重重重重要要要要的的的的一一一一道道道道屏屏屏屏障障障障，它它它它的的的的作作作作用用用用是是是是包包包包容容容容裂变产物并把核燃料和冷却剂分隔开裂变产物并把核燃料和冷却剂分隔开裂变产物并把核燃料和冷却剂分隔开裂变产物并把核燃料和冷却剂分隔开。目目目目前前前前压压压压水水水水堆堆堆堆中中中中采采采采用用用用的的的的包包包包壳壳壳壳材材材材料料料料都都都都是是是是Zr-4Zr-4合合合合金金金金（经经经经冷冷冷冷加加加加工工工工与与

20、与与消消消消除除除除应应应应力力力力），因因因因为为为为Zr-4Zr-4不不不不仅仅仅仅有有有有较较较较高高高高的的的的高高高高温温温温机机机机械械械械强强强强度度度度和和和和耐耐耐耐高高高高温温温温水水水水腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的性性性性能能能能，而而而而且且且且中中中中子子子子吸吸吸吸收收收收截截截截面面面面小小小小，用用用用它它它它作作作作包包包包壳壳壳壳可可可可使使使使用用用用较较较较低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。包包包包壳壳壳壳壁壁壁壁厚厚厚厚一一一一般般般般为为为为0.550.55 0

21、.65mm0.65mm。由由由由于于于于装装装装配配配配以以以以及及及及补补补补偿偿偿偿燃燃燃燃料料料料芯芯芯芯块块块块和和和和包包包包壳壳壳壳之之之之间间间间温温温温差差差差热热热热膨膨膨膨胀胀胀胀的的的的需需需需要要要要，并并并并考考考考虑虑虑虑到到到到反反反反应应应应堆堆堆堆运运运运行行行行后后后后芯芯芯芯块块块块的的的的肿肿肿肿胀胀胀胀，因因因因此此此此在在在在燃燃燃燃料料料料芯芯芯芯块块块块与与与与包包包包壳壳壳壳管管管管之之之之间间间间应应应应留留留留有有有有一一一一定定定定间间间间隙隙隙隙。在在在在间间间间隙隙隙隙处处处处通通通通常常常常充充充充以以以以2 2 3MPa3MPa压

22、压压压力力力力的的的的氦氦氦氦气气气气以以以以改改改改善善善善元元元元件件件件棒棒棒棒的的的的导导导导热热热热性性性性能能能能和和和和包壳的应力状态包壳的应力状态包壳的应力状态包壳的应力状态。芯芯芯芯块块块块与与与与包包包包壳壳壳壳之之之之间间间间的的的的间间间间隙隙隙隙及及及及元元元元件件件件上上上上端端端端安安安安置置置置压压压压紧紧紧紧弹弹弹弹簧簧簧簧处处处处的的的的空空空空腔腔腔腔还可以还可以还可以还可以容纳裂变过程中从燃料内释放出来的裂变气体容纳裂变过程中从燃料内释放出来的裂变气体容纳裂变过程中从燃料内释放出来的裂变气体容纳裂变过程中从燃料内释放出来的裂变气体。第13页，共52页，编

23、辑于2022年，星期五 组件骨架由组件骨架由组件骨架由组件骨架由弹簧定位格架弹簧定位格架弹簧定位格架弹簧定位格架、控制棒导向管控制棒导向管控制棒导向管控制棒导向管和和和和上、下管座上、下管座上、下管座上、下管座等等等等部件组成。部件组成。部件组成。部件组成。它的功用是它的功用是它的功用是它的功用是确保燃料组件的刚度和强度确保燃料组件的刚度和强度确保燃料组件的刚度和强度确保燃料组件的刚度和强度。承受整个组件的重量承受整个组件的重量承受整个组件的重量承受整个组件的重量；流体力产生的振动和压力波动流体力产生的振动和压力波动流体力产生的振动和压力波动流体力产生的振动和压力波动（流致振荡）（流致振荡）（

24、流致振荡）（流致振荡）；承受控制棒下插时的冲击力承受控制棒下插时的冲击力承受控制棒下插时的冲击力承受控制棒下插时的冲击力；准确为控制棒导向准确为控制棒导向准确为控制棒导向准确为控制棒导向；保证燃料装卸和运输的安全保证燃料装卸和运输的安全保证燃料装卸和运输的安全保证燃料装卸和运输的安全。(II)组件骨架组件骨架第14页，共52页，编辑于2022年，星期五(1)弹性定位格架弹性定位格架弹簧定位格架是压水堆燃料弹簧定位格架是压水堆燃料弹簧定位格架是压水堆燃料弹簧定位格架是压水堆燃料组件的关键部件之一。组件的关键部件之一。组件的关键部件之一。组件的关键部件之一。定位定位定位定位格架设计得好，可以提高反

25、格架设计得好，可以提高反格架设计得好，可以提高反格架设计得好，可以提高反应堆出力或增加反应堆热工应堆出力或增加反应堆热工应堆出力或增加反应堆热工应堆出力或增加反应堆热工安全裕量。安全裕量。安全裕量。安全裕量。右图示出弹簧定位格架，它右图示出弹簧定位格架，它右图示出弹簧定位格架，它右图示出弹簧定位格架，它是由冲压成型的是由冲压成型的是由冲压成型的是由冲压成型的带有刚性支带有刚性支带有刚性支带有刚性支承、弹性支承及混合翼条带承、弹性支承及混合翼条带承、弹性支承及混合翼条带承、弹性支承及混合翼条带和带导向翼的围板和带导向翼的围板和带导向翼的围板和带导向翼的围板经组装并经组装并经组装并经组装并焊焊焊焊

26、接接接接而成的而成的而成的而成的弹性组件弹性组件弹性组件弹性组件。燃料组件全长有八个定位格架。其中位燃料组件全长有八个定位格架。其中位于活性区的于活性区的6 6个定为格架的条带有突出的混流翼，个定为格架的条带有突出的混流翼，以利于在高热负荷区加强冷却剂的混合；燃料组以利于在高热负荷区加强冷却剂的混合；燃料组件上、下两端两个弹性定为格架的条带上没有混件上、下两端两个弹性定为格架的条带上没有混流翼，而其它方面完全与前一种相同。流翼，而其它方面完全与前一种相同。第15页，共52页，编辑于2022年，星期五(2)控制棒导向管控制棒导向管 每个燃料组件部带有一定数量的，由不锈钢或锆每个燃料组件部带有一定

27、数量的，由不锈钢或锆每个燃料组件部带有一定数量的，由不锈钢或锆每个燃料组件部带有一定数量的，由不锈钢或锆-4-4合金制合金制合金制合金制成的控制棒导向管。它对控制棒在堆芯上下移动起成的控制棒导向管。它对控制棒在堆芯上下移动起成的控制棒导向管。它对控制棒在堆芯上下移动起成的控制棒导向管。它对控制棒在堆芯上下移动起导向作导向作导向作导向作用用用用。在没有控制棒的燃料组件导向管内，相应地布置有固体在没有控制棒的燃料组件导向管内，相应地布置有固体在没有控制棒的燃料组件导向管内，相应地布置有固体在没有控制棒的燃料组件导向管内，相应地布置有固体可燃可燃可燃可燃毒物棒毒物棒毒物棒毒物棒或或或或阻力塞阻力塞阻

28、力塞阻力塞。控制棒与导向管之间留有一定的控制棒与导向管之间留有一定的控制棒与导向管之间留有一定的控制棒与导向管之间留有一定的间隙间隙间隙间隙，使少量冷却剂流通以，使少量冷却剂流通以，使少量冷却剂流通以，使少量冷却剂流通以冷却控制棒冷却控制棒冷却控制棒冷却控制棒。导向管下段的内径比上段略小导向管下段的内径比上段略小导向管下段的内径比上段略小导向管下段的内径比上段略小，以便当反应堆紧急停堆控制，以便当反应堆紧急停堆控制，以便当反应堆紧急停堆控制，以便当反应堆紧急停堆控制棒快速下插时起棒快速下插时起棒快速下插时起棒快速下插时起缓冲作用缓冲作用缓冲作用缓冲作用。第16页，共52页，编辑于2022年，星

29、期五(3)上管座上管座 上上上上管管管管座座座座由由由由上上上上孔孔孔孔板板板板、上上上上框框框框架架架架和和和和压压压压紧紧紧紧弹弹弹弹簧簧簧簧组组组组成成成成。它它它它是是是是燃燃燃燃料料料料组组组组件件件件的的的的上上上上部构件，并形成一个箱形空腔。部构件，并形成一个箱形空腔。部构件，并形成一个箱形空腔。部构件，并形成一个箱形空腔。上上上上孔孔孔孔板板板板和和和和控控控控制制制制棒棒棒棒导导导导向向向向管管管管焊焊焊焊接接接接在在在在一一一一起起起起，来来来来自自自自燃燃燃燃料料料料棒棒棒棒间间间间的的的的水水水水冷冷冷冷却却却却剂剂剂剂从从从从上上上上孔孔孔孔板板板板流流流流出出出出，

30、并并并并在在在在箱箱箱箱型型型型空空空空腔腔腔腔内内内内混混混混合合合合后后后后流流流流向向向向堆堆堆堆芯芯芯芯上上上上栅栅栅栅板板板板。与与与与上上上上管管管管座座座座相相相相连连连连接接接接的的的的压压压压紧紧紧紧弹弹弹弹簧簧簧簧其其其其所所所所具具具具有有有有的的的的压压压压紧紧紧紧力力力力能能能能克克克克服服服服组组组组件件件件的的的的水水水水力力力力提提提提升升升升力力力力，防防防防止止止止组组组组件件件件的的的的水水水水力力力力振振振振动动动动，并并并并补补补补偿偿偿偿燃燃燃燃料料料料组组组组件件件件和和和和堆堆堆堆内内内内构构构构件件件件之之之之间间间间的的的的轴轴轴轴向向向向膨

31、膨膨膨胀胀胀胀差差差差。上上上上框框框框架架架架与与与与上上上上孔孔孔孔板板板板用用用用螺螺螺螺钉钉钉钉紧紧紧紧固固固固。上上上上管管管管座座座座的的的的角角角角上上上上开开开开有有有有定定定定位位位位销销销销孔孔孔孔，以以以以便便便便和和和和上上上上栅栅栅栅板板板板的的的的销销销销钉钉钉钉对对对对应应应应定位。定位。定位。定位。第17页，共52页，编辑于2022年，星期五(4)下管座下管座下管座由下管座由下孔板下孔板下孔板下孔板和和下框架下框架组成。它是燃料组件的组成。它是燃料组件的底部构件。底部构件。下管座与控制棒导向管采用螺纹连接并点焊，水下管座与控制棒导向管采用螺纹连接并点焊，水冷却剂

32、通过冷却剂通过下孔下孔板流入燃料棒间的板流入燃料棒间的板流入燃料棒间的板流入燃料棒间的冷却剂通道冷却剂通道。下下下下框架框架框架框架和下孔板焊成一体，并在底部角上开有和下孔板焊成一体，并在底部角上开有和下孔板焊成一体，并在底部角上开有和下孔板焊成一体，并在底部角上开有定位销定位销定位销定位销孔孔孔孔，用它与，用它与堆芯下栅板堆芯下栅板堆芯下栅板堆芯下栅板定位。燃料元件棒直立在下定位。燃料元件棒直立在下孔板上方，作用在组件上的轴向载荷和组件的重孔板上方，作用在组件上的轴向载荷和组件的重量通过下管座传给下栅板。量通过下管座传给下栅板。http:/ http:/ http:/ http:/ 第18页

33、，共52页，编辑于2022年，星期五控制棒组件是核反应堆控制部件。控制棒组件是核反应堆控制部件。控制棒组件是核反应堆控制部件。控制棒组件是核反应堆控制部件。(a a)在正常运行情况下用它启动、停堆、调节反应堆的功率在正常运行情况下用它启动、停堆、调节反应堆的功率在正常运行情况下用它启动、停堆、调节反应堆的功率在正常运行情况下用它启动、停堆、调节反应堆的功率;(b b)在事故情况下依靠它快速下插，致使反应堆在极短的时间内紧急停堆，从在事故情况下依靠它快速下插，致使反应堆在极短的时间内紧急停堆，从在事故情况下依靠它快速下插，致使反应堆在极短的时间内紧急停堆，从在事故情况下依靠它快速下插，致使反应堆

34、在极短的时间内紧急停堆，从而保证反应堆的安全。而保证反应堆的安全。而保证反应堆的安全。而保证反应堆的安全。目前，压水反应堆通常都采用目前，压水反应堆通常都采用目前，压水反应堆通常都采用目前，压水反应堆通常都采用棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件，以银，以银，以银，以银-铟铟铟铟-镉镉镉镉(80(80Ag-15Ag-15In-5In-5Cd)Cd)合金作为合金作为合金作为合金作为吸收体吸收体吸收体吸收体，做成细棒状，并用，做成细棒状，并用，做成细棒状，并用，做成细棒状，并用不锈钢作为包壳，每个控制棒组件带有不锈钢作为包壳，每个控制棒组件带有不锈钢作为包壳，每个控制棒

35、组件带有不锈钢作为包壳，每个控制棒组件带有2020 2424根控制棒，每根控根控制棒，每根控根控制棒，每根控根控制棒，每根控制棒插在制棒插在制棒插在制棒插在燃料组件的导向管内燃料组件的导向管内燃料组件的导向管内燃料组件的导向管内，依靠，依靠，依靠，依靠星形架星形架星形架星形架连接成一束，由连接成一束，由连接成一束，由连接成一束，由一台一台一台一台控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒驱动机构传动，使控制棒在导向管内上下移动。连传动，使控制棒在导向管内上下移动。连传动，使控制棒在导向管内上下移动。连传动，使控制棒在导向管内上下移动。连接柄的终端有丝扣以便与控制棒传动杆的可拆接头远距离连

36、接柄的终端有丝扣以便与控制棒传动杆的可拆接头远距离连接柄的终端有丝扣以便与控制棒传动杆的可拆接头远距离连接柄的终端有丝扣以便与控制棒传动杆的可拆接头远距离连接或脱扣，连接柄的下端设有弹簧。当控制棒快速下插时起接或脱扣，连接柄的下端设有弹簧。当控制棒快速下插时起接或脱扣，连接柄的下端设有弹簧。当控制棒快速下插时起接或脱扣，连接柄的下端设有弹簧。当控制棒快速下插时起缓冲作用。缓冲作用。缓冲作用。缓冲作用。二、控制棒组件二、控制棒组件第19页，共52页，编辑于2022年，星期五棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件棒束型控制棒组件第20页，共52页，编辑于2022年，星期五压水反应堆控制棒

37、组件压水反应堆控制棒组件压水反应堆控制棒组件压水反应堆控制棒组件 ControlElementsofQinshanNPPIIControlElementsofQinshanNPPII第21页，共52页，编辑于2022年，星期五棒束型控制棒组件结构图棒束型控制棒组件结构图棒束型控制棒组件结构图棒束型控制棒组件结构图 早期压水堆普遍采用早期压水堆普遍采用早期压水堆普遍采用早期压水堆普遍采用十字形的控制十字形的控制十字形的控制十字形的控制棒棒棒棒。而现代的压水堆则都已改用。而现代的压水堆则都已改用。而现代的压水堆则都已改用。而现代的压水堆则都已改用棒束棒束棒束棒束型控制棒组件型控制棒组件型控制棒组件

38、型控制棒组件。与十字型控制棒相比，棒束型控与十字型控制棒相比，棒束型控与十字型控制棒相比，棒束型控与十字型控制棒相比，棒束型控制棒组件由于其中子吸收体在堆芯制棒组件由于其中子吸收体在堆芯制棒组件由于其中子吸收体在堆芯制棒组件由于其中子吸收体在堆芯内分散布置，所以堆芯通量不会有内分散布置，所以堆芯通量不会有内分散布置，所以堆芯通量不会有内分散布置，所以堆芯通量不会有显著畸变，也提高了吸收体单位体显著畸变，也提高了吸收体单位体显著畸变，也提高了吸收体单位体显著畸变，也提高了吸收体单位体积与单位重量吸收中子的效率；同积与单位重量吸收中子的效率；同积与单位重量吸收中子的效率；同积与单位重量吸收中子的效

39、率；同时，棒束型控制棒组件提升后，留时，棒束型控制棒组件提升后，留时，棒束型控制棒组件提升后，留时，棒束型控制棒组件提升后，留下的水隙较小，不再需要带有挤水下的水隙较小，不再需要带有挤水下的水隙较小，不再需要带有挤水下的水隙较小，不再需要带有挤水棒，简化了堆内结构，缩短了压力棒，简化了堆内结构，缩短了压力棒，简化了堆内结构，缩短了压力棒，简化了堆内结构，缩短了压力容器的高度。容器的高度。容器的高度。容器的高度。第22页，共52页，编辑于2022年，星期五棒束型控制棒的棒束型控制棒的优点优点：1)1)棒径细，数量多、吸收材料均匀分布在堆芯中，使堆芯内棒径细，数量多、吸收材料均匀分布在堆芯中，使堆

40、芯内棒径细，数量多、吸收材料均匀分布在堆芯中，使堆芯内棒径细，数量多、吸收材料均匀分布在堆芯中，使堆芯内中子注量率及功率分布更为均匀；中子注量率及功率分布更为均匀；中子注量率及功率分布更为均匀；中子注量率及功率分布更为均匀；2)2)由于单根控制棒细而长，增大了挠性，在保证控制棒导由于单根控制棒细而长，增大了挠性，在保证控制棒导由于单根控制棒细而长，增大了挠性，在保证控制棒导由于单根控制棒细而长，增大了挠性，在保证控制棒导向管对中的前提下，可相对放宽装配工艺要求，而不致向管对中的前提下，可相对放宽装配工艺要求，而不致向管对中的前提下，可相对放宽装配工艺要求，而不致向管对中的前提下，可相对放宽装配

41、工艺要求，而不致引起卡棒，而且由于提高了单位重量和单位体积内控制引起卡棒，而且由于提高了单位重量和单位体积内控制引起卡棒，而且由于提高了单位重量和单位体积内控制引起卡棒，而且由于提高了单位重量和单位体积内控制棒材料的吸收率，大大减少了控制棒的总重量；棒材料的吸收率，大大减少了控制棒的总重量；棒材料的吸收率，大大减少了控制棒的总重量；棒材料的吸收率，大大减少了控制棒的总重量；3)3)由于棒径小，所以控制棒提升时所留下的水隙对功率分布由于棒径小，所以控制棒提升时所留下的水隙对功率分布由于棒径小，所以控制棒提升时所留下的水隙对功率分布由于棒径小，所以控制棒提升时所留下的水隙对功率分布畸变影响小。不需

42、另设挤水棒，从而简化堆内结构，降低畸变影响小。不需另设挤水棒，从而简化堆内结构，降低畸变影响小。不需另设挤水棒，从而简化堆内结构，降低畸变影响小。不需另设挤水棒，从而简化堆内结构，降低了反应堆压力容器的高度。了反应堆压力容器的高度。了反应堆压力容器的高度。了反应堆压力容器的高度。第23页，共52页，编辑于2022年，星期五 根据运行要求，控制棒组件分为根据运行要求，控制棒组件分为根据运行要求，控制棒组件分为根据运行要求，控制棒组件分为调节棒调节棒调节棒调节棒和和和和安全棒安全棒安全棒安全棒两组。两组。两组。两组。调节棒组件调节棒组件调节棒组件调节棒组件主要用来主要用来主要用来主要用来调节负荷调

43、节负荷调节负荷调节负荷，抵消部分剩余反应性抵消部分剩余反应性抵消部分剩余反应性抵消部分剩余反应性，补偿运补偿运补偿运补偿运行时各种因素引起的反应性波动行时各种因素引起的反应性波动行时各种因素引起的反应性波动行时各种因素引起的反应性波动。安全捧组件安全捧组件安全捧组件安全捧组件在在在在正常运行工况下提到堆芯之外正常运行工况下提到堆芯之外正常运行工况下提到堆芯之外正常运行工况下提到堆芯之外，当，当，当，当发生紧急事发生紧急事发生紧急事发生紧急事故时故时故时故时，要求，要求，要求，要求在短时间在短时间在短时间在短时间(约为约为约为约为2s)2s)内迅速插入堆芯而停堆内迅速插入堆芯而停堆内迅速插入堆芯

44、而停堆内迅速插入堆芯而停堆。此外，控制棒组件应能此外，控制棒组件应能此外，控制棒组件应能此外，控制棒组件应能抑制反应堆可能出现的氙振荡抑制反应堆可能出现的氙振荡抑制反应堆可能出现的氙振荡抑制反应堆可能出现的氙振荡。第24页，共52页，编辑于2022年，星期五压水堆中采用压水堆中采用压水堆中采用压水堆中采用硼溶液化学控制硼溶液化学控制硼溶液化学控制硼溶液化学控制可减少控制棒的数量，降低反可减少控制棒的数量，降低反可减少控制棒的数量，降低反可减少控制棒的数量，降低反应堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗。应堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗。应堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗。应堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗

45、。但但但但当慢化剂温度升高时当慢化剂温度升高时当慢化剂温度升高时当慢化剂温度升高时，液体毒物硼将随水的体积膨胀而被，液体毒物硼将随水的体积膨胀而被，液体毒物硼将随水的体积膨胀而被，液体毒物硼将随水的体积膨胀而被排出堆芯，如果硼浓度超过一定的数值，将使反应堆出现正排出堆芯，如果硼浓度超过一定的数值，将使反应堆出现正排出堆芯，如果硼浓度超过一定的数值，将使反应堆出现正排出堆芯，如果硼浓度超过一定的数值，将使反应堆出现正的慢化剂温度系数，影响反应堆自稳调节性能。的慢化剂温度系数，影响反应堆自稳调节性能。的慢化剂温度系数，影响反应堆自稳调节性能。的慢化剂温度系数，影响反应堆自稳调节性能。故为使反应堆保

46、持有故为使反应堆保持有故为使反应堆保持有故为使反应堆保持有负温度系数负温度系数负温度系数负温度系数，在运行时通常将硼浓度限，在运行时通常将硼浓度限，在运行时通常将硼浓度限，在运行时通常将硼浓度限制在制在制在制在1200ppm1200ppm。因此在采用硼溶液化学控制的同时，还必须。因此在采用硼溶液化学控制的同时，还必须。因此在采用硼溶液化学控制的同时，还必须。因此在采用硼溶液化学控制的同时，还必须使用一定数量的使用一定数量的使用一定数量的使用一定数量的固体可燃毒物固体可燃毒物固体可燃毒物固体可燃毒物。三、可燃毒物组件三、可燃毒物组件 水中硼浓度的大小对慢化剂温度系数有显著影水中硼浓度的大小对慢化

47、剂温度系数有显著影水中硼浓度的大小对慢化剂温度系数有显著影水中硼浓度的大小对慢化剂温度系数有显著影响。随着硼浓度的增加，慢化剂负温度系数的绝对响。随着硼浓度的增加，慢化剂负温度系数的绝对响。随着硼浓度的增加，慢化剂负温度系数的绝对响。随着硼浓度的增加，慢化剂负温度系数的绝对值越来越小。因为：当水的温度升高时，水的密度值越来越小。因为：当水的温度升高时，水的密度值越来越小。因为：当水的温度升高时，水的密度值越来越小。因为：当水的温度升高时，水的密度减小，单位体积水中含硼的核数也相应减小，故反减小，单位体积水中含硼的核数也相应减小，故反减小，单位体积水中含硼的核数也相应减小，故反减小，单位体积水中

48、含硼的核数也相应减小，故反应性增加。当水中硼浓度超过某一值时，有可能使应性增加。当水中硼浓度超过某一值时，有可能使应性增加。当水中硼浓度超过某一值时，有可能使应性增加。当水中硼浓度超过某一值时，有可能使慢化剂温度系数出现正值。慢化剂温度系数出现正值。慢化剂温度系数出现正值。慢化剂温度系数出现正值。慢化剂温度系数与慢化剂的温度有关。在慢化剂温度系数与慢化剂的温度有关。在慢化剂的温度较低时，当硼浓度超过慢化剂的温度较低时，当硼浓度超过500500 g/gg/g时就出现了正温度系数；但在反时就出现了正温度系数；但在反应堆工作温度（约应堆工作温度（约553-573K553-573K）下，硼浓度）下，硼

49、浓度大于大于13001300 g/gg/g时才出现正温度系数。时才出现正温度系数。第25页，共52页，编辑于2022年，星期五 固体可燃毒物固体可燃毒物固体可燃毒物固体可燃毒物采用采用采用采用吸收中子能力较强，又能随着反应堆运行与吸收中子能力较强，又能随着反应堆运行与吸收中子能力较强，又能随着反应堆运行与吸收中子能力较强，又能随着反应堆运行与核燃料一起消耗的核素核燃料一起消耗的核素核燃料一起消耗的核素核燃料一起消耗的核素。常用的有。常用的有。常用的有。常用的有硼玻璃（硼玻璃（硼玻璃（硼玻璃（SiSi2 2OO3 3+B+B2 2OO3 3基体）基体）基体）基体），三氧化二钆三氧化二钆三氧化二钆

50、三氧化二钆等。将这些材料制成等。将这些材料制成等。将这些材料制成等。将这些材料制成棒状棒状棒状棒状或或或或管状管状管状管状，然后外面再，然后外面再，然后外面再，然后外面再加加加加包壳包壳包壳包壳。固体可燃毒物棒一般设置在燃料组件的导向管内，固体可燃毒物棒一般设置在燃料组件的导向管内，固体可燃毒物棒一般设置在燃料组件的导向管内，固体可燃毒物棒一般设置在燃料组件的导向管内，每个燃料组件内插入可燃毒物棒的数目和布置形式，由每个燃料组件内插入可燃毒物棒的数目和布置形式，由每个燃料组件内插入可燃毒物棒的数目和布置形式，由每个燃料组件内插入可燃毒物棒的数目和布置形式，由堆物理设计确定堆物理设计确定堆物理设