 |
Схема расположения стержней исполнительных механизмов СУЗ по высоте активной зоны реакторов РБМК
|
|
|
|
С физической точки зрения стержни СУЗ характеризуются эффективностью (физическим весом), интегральной и дифференциальной характеристиками. Эффективность стержня СУЗ или физический вес – это реактивность, которую стержень может скомпенсировать при введении в активную зону и, соответственно, высвободить при извлечении из активной зоны. Эффективность воздействия стержня на реактивность определяется долей нейтронов, поглощенных им в активной зоне, а также дополнительной утечкой нейтронов из реактора, вызванной деформацией нейтронного поля в зависимости от формы, размеров стержня и места его расположения в активной зоне, эффект утечки может составлять 50 % эффекта поглощения.
Эффективность стержня СУЗ определяется относительным распределением нейтронного потока по радиусу реактора и пропорциональна величине 2 (/), ΦΦ где Φ − плотность потока нейтронов в канале со стержнем СУЗ, Ф − среднее значение относительного распределения плотности потока нейтронов по радиусу реактора. Эффективность стержня СУЗ без воды выше, чем эффективность стержня с водой, что объясняется поглощением части нейтронов в воде, омывающей стержень.
При сливе воды из КО СУЗ стержни лишаются «водного экрана», поток тепловых нейтронов, падающих на них, увеличивается, что приводит к увеличению эффективности стержня. Увеличение эффективности стержней СУЗ при сливе воды из КМПЦ происходит за счет увеличения длины миграции нейтронов в реакторе (уменьшается поглощение в воде). В целом величина абсолютной эффективности стержня СУЗ за- висит от размеров реактора (радиус), физических свойств активной зоны (длина миграции), размеров стержня СУЗ (радиус, длина), его поглощающих свойств и места расположения в активной зоне (относительное распределение нейтронного потока в канале со стержнем СУЗ).
|
|
|
Снижение положительного эффекта реактивности при обезвоживании КО СУЗ Кардинальное решение проблемы в части существенного снижения положительного эффекта реактивности при обезвоживании КОСУЗ до безопасной (менее 1 βэф) величины − внедрение кластерных регулирующих органов (КРО).
При использовании КРО взамен штатных стержней:
• не требуется разделение КО СУЗ на два независимых контура, так как при этом снижение положительного эффекта реактивности обезвоживания КО СУЗ достигается путем существенного уменьшения количества воды в каналах СУЗ за счет конструктивного исполнения КРО;
• не требуется дополнительного останова и переформирования загрузки энергоблока, так как установка КРО осуществляется поэтапно в процессе плановой замены стержней СУЗ, выработавших назначенный срок службы. Внедрение КРО позволит улучшить показатели ИМ СУЗ по эффективности, надежности и ресурсу, а также технико-экономические показатели реактора за счет:
• увеличения быстродействия в аварийных режимах (более чем в два раза);
• перекрытия поглотителем всей высоты активной зоны;
• исключения гидродинамических нагрузок на подвижные элементы ИМ и ударных нагрузок, характерных для стержней с подвижным механическим вытеснителем.
Кроме того, значительное снижение количества воды (как «паразитного» поглотителя) в каналах СУЗ c КРО приведет к улучшению баланса нейтронов, повышению выгорания топлива в активной зоне и, следовательно, более рациональному использованию и экономии топлива. Принципиальным отличием КРО от штатных стержней СУЗ, включая стержни БАЗ, является то, что его рабочий орган перемещается не в канале СУЗ, а в собственном дополнительном канале- гильзе, которая неподвижно устанавливается в канал. При этом внутренняя полость гильзы герметична по отношению к внешней охлаждающей воде, которая циркулирует в кольцевом зазоре, ограниченном внутренней поверхностью канала диаметром 82 мм и наружной поверхностью гильзы диаметром 79 мм. В данном случае гильза выполняет функции как неподвижного механического вытеснителя «лишней» воды из канала СУЗ, так и направляющей для рабочего органа. При использовании КРО количество воды в канале на участке активной зоны снижается до 3 л на один канал, а положительный эффект реактивности при обезвоживании КО СУЗ в критических состояниях снижается до величины менее 1 βэф. Дополнительно снижение количества воды в активной зоне позволяет повысить и технико-экономические показатели реактора за счет увеличения глубины выгорания топлива. При любых высотных распределениях плотности потока ней- тронов конструкция КРО исключает возможность появления таких нежелательных эффектов, как «обратный ход реактивности» или «положительный выбег реактивности», поскольку однородный по- глотитель рабочего органа КРО перекрывает всю высоту активной зоны, а количество охлаждающей воды на любом уровне по высоте активной зоны сохраняется постоянным, независимо от положения рабочего органа. Поскольку рабочий орган КРО перемещается в собственной направляющей − «сухой» полости гильзы, это позволяет улучшить показатели ИМ СУЗ по эффективности, надежности и ресурсу, по сравнению со штатными стержнями, за счет:
|
|
|
• увеличения скоростной эффективности в аварийных режимах (более чем в два раза);
• перекрытия поглотителем всей высоты активной зоны;
• исключения гидродинамических нагрузок на подвижные элементы ИМ и ударных нагрузок, характерных для стержней с подвижным механическим вытеснителем. Для сравнения КРО со штатными стержнями СУЗ в табл. 3.3 представлены их основные параметры и характеристики. Кластерный регулирующий орган включает в себя (рис. 3.3): • гильзу;
• рабочий орган (ПЭЛ – поглощающий элемент);
• защитную пробку; • аварийный демпфер;
• опору.
Гильза КРО выполнена на основе круглой фасонной 12-канальной трубы из высокопрочного алюминиевого сплава САВ1.
|
|
|
Гильза представляет собой полый цилиндр длиной ~16,5 м и наружным диаметром 79 мм, внутри которого имеется 12 продольных каналов (диаметром 10 мм каждый), равномерно расположенных по периметру и предназначенных для размещения и перемещения поглощающих элементов рабочего органа КРО. Нижняя часть гильзы имеет геометрическую заглушку – донышко, а верхняя часть гильзы заканчивается фланцем, которым она опирается на головку канала СУЗ. В центральной полости гильзы (диаметром 52 мм) в нижней ее части на участке высоты активной зоны (~7 м) установлена опора (труба диаметром 50 мм и толщиной стенки 2 мм из алюминиевого сплава САВ1), ограничивающая выход поглотителя из зоны при обрыве ленты СП.
Схема расположения КРО:
1 – канал СУЗ; 2 – гильза; 3 – защитная пробка; 4 – ПЭЛ; 5 – подвеска; 6 – сервопривод; 7 – аварийный демпфер; 8 – опорная труба; 9 – клапан; 10 – закладка; 11 – защита; 12 – подвод воды КО СУЗ.
Гильза КРО выполняет функцию неподвижного вытеснителя «лишней» воды из канала СУЗ на участке активной зоны и одновременно является направляющей для перемещения в ней рабочего органа (аналогично тому, как канал СУЗ выполняет роль направляющей для штатного стержня СУЗ). Герметизация канала СУЗ с установленной в нем гильзой осуществляется прокладкой, расположенной между фланцем гильзы и посадочной поверхностью головки канала. Обжатие прокладки осуществляется через нажимной фланец двумя болтами. Рабочий орган КРО представляет собой сборку 12-ти поглощающих элементов (пэлов), шарнирно закрепленных в верхней части на серьгах подвески. Подвеска в верхней части имеет захват для соединения с лентой сервопривода посредством невыпадающего шпоночного валика (аналогично принятому соединению штатных стержней СУЗ с лентой СП). Каждый пэл длиной 7600 мм состоит из двух шарнирно соединенных между собой звеньев. Каждое звено пэла представляет собой оболочку (диаметром 8,2 мм и толщиной стенки 0,6 мм) − трубу из нержавеющей стали, заполненную порошковым поглотителем титаном диспрозия с плотностью засыпки не менее 4,9 г/см3 и герметично заглушенную с торцов концевыми деталями. Каждый пэл размещается в соответствующем канале диаметром 10 мм гильзы КРО. Подвеска представляет собой стальной цилиндр диаметром 50 мм и состоит из двух частей, соединенных посредством байонетного захвата, который фиксируется от самопроизвольного разворота специальным кольцом. В нижней части подвески расположен аварийный демпфер и двенадцать серег, на которых шарнирно крепятся поглощающие элементы рабочего органа КРО. В верхней части подвески расположен захват, посредством которого обеспечивается соединение подвески с лентой СП, обеспечивающего перемещение рабочего органа КРО в гильзе. За- хват установлен с возможностью вращения относительно подвески, что необходимо для исключения закручивания ленты СП при про- ведении монтажных работ. Подвеска выполняет также роль дополнительной биологической защиты от прострельного радиационного излучения. Аварийный демпфер предназначен для снижения динамических нагрузок на гильзу и рабочий орган КРО в случае свободного падения рабочего органа по причине обрыва ленты СП с целью сохранения целостности КРО в подобной ситуации. Демпфер скомпонован с подвеской, что обеспечивает возможность его демонтажа и замены после срабатывания без извлечения рабочего органа из гильзы КРО. Демпфер состоит из стального конусного наконечника и специальной шайбы из алюминиевого сплава САВ1, на которой закреплена верхняя часть конусного наконечника. В случае обрыва ленты СП рабочего органа КРО падает в зону наконечником на опору. При ударе наконечника об упор опоры он вводится в шайбу, пластически ее деформируя, что обеспечивает эффективное гашение энергии свободно падающего рабочего органа с сохранением целостности КРО. В верхней части гильзы (в районе головки канала СУЗ) установлена стальная биологическая защитная пробка (длиной 650 мм) с П-образным пазом шириной 2 мм для прохода ленты СП, в который вставляется стальная закладка для уменьшения прострельного радиационного излучения из активной зоны. Дополнительно для защиты от радиационного излучения на корпусе СП установлена накладка (см. рис. 3.3), а также дополнительно приняты меры по исключению совпадения паза пробки с пазами гильзы КРО. В качестве альтернативного варианта средства защиты от прострельного радиационного излучения наиболее целесообразно использовать стальную защитную пробку с криволинейным П-образным пазом шириной 2 мм. При этом нет необходимости применения закладки и накладки. Проведенные полномасштабные стендовые ресурсные испытания КРО в режимах РР АЗ и АР в составе с имитатором пробки, полностью имитирующего геометрию криволинейного паза, подтвердили сохранение работоспособности как КРО, так и ленты СП.
|
|
|
|
|
|
