壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件

第二章壓水堆本體結(jié)構(gòu)

第二章壓水堆本體結(jié)構(gòu)1典型壓水反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)

反應(yīng)堆本體堆芯（活性區(qū)）堆內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)堆壓力容器（壓力殼）控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）典型壓水反應(yīng)堆反應(yīng)堆本體堆芯（活性區(qū)）堆內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)堆壓力容器2壓水堆堆芯部分的橫截面

壓水堆堆芯部分的橫截面3堆芯，活性區(qū)：core；（注：快堆內(nèi)還有blanket，再生區(qū)）燃料組件：fuelassembly;反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件：reactorvesselinternals;控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：controlroddrivemechanism;橫截面：cross-section;剖面：cutawaysection.壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件41、堆芯結(jié)構(gòu)

堆芯是反應(yīng)堆的核心部分，核燃料在這里實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，并將核能轉(zhuǎn)化為熱能，此外，堆芯又是強(qiáng)放射源。壓水堆堆芯由核燃料組件、控制棒組件、固體可燃毒物組件、阻力塞組件以及中子源組件等組成。用作慢化劑兼冷卻劑的水，從進(jìn)口接管流入壓力容器，沿吊籃（corebarrel）與壓力容器內(nèi)壁之間的環(huán)形通道(也稱下行流道)流向堆芯下腔室，然后轉(zhuǎn)而向上流經(jīng)堆芯，加熱后的冷卻劑經(jīng)堆芯上腔室從出口接管流出。

1、堆芯結(jié)構(gòu)堆芯是反應(yīng)堆的核心部分，核燃料在這里實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)搅?壓水反應(yīng)堆內(nèi)的燃料組件在堆芯中處在高溫、高壓、含硼水、強(qiáng)中子輻照、腐蝕、沖刷和水力振動(dòng)等惡劣條件下長(zhǎng)期工作，因此核燃料組件的性能直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全可靠性。大多數(shù)較新型的壓水反應(yīng)堆的燃料組件內(nèi)，按17×17排列成正方形柵格。在每一組件的289個(gè)可利用的空位中，燃料棒占據(jù)264個(gè)，其余空位裝有控制棒導(dǎo)向管（controlrodguidetube）（內(nèi)裝控制棒和可燃毒物棒），最中心的管供中子注量率測(cè)量用。組件中的燃料棒沿長(zhǎng)度方向設(shè)有8層彈簧定位格架（springspacergrid），將元件棒按一定間距定位并夾緊，但允許元件棒能沿軸向自由膨脹，以防止由于熱膨脹引起元件棒的彎曲。一、燃料組件一、燃料組件6控制棒導(dǎo)向管、中子注量率(neutronfluencerate)測(cè)量管和彈簧定位格架一起構(gòu)成一個(gè)剛性的組件骨架（framework）。元件棒按空位插于骨架內(nèi)。骨架的上、下端是上、下管座。燃料組件就是由燃料元件棒及組件骨架等所組成。上、下管座均設(shè)有定位銷孔，燃料組件裝入堆芯后依靠這些定位銷孔與堆內(nèi)上、下柵板上的定位銷釘相配，從而使燃料組件在堆芯中按一定間距定位。上管座設(shè)置有壓緊彈簧（hold-downspring），其作用是使燃料組件承受一個(gè)軸向壓緊力，以防止冷卻劑自下而上高速流動(dòng)時(shí)引起燃料組件竄動(dòng)。同時(shí)，可以補(bǔ)償各種結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹，減小突然外來載荷(例如地震)對(duì)燃料組件的沖擊。控制棒導(dǎo)向管、中子注量率(neutronfluencer7壓水反應(yīng)堆燃料元件組件

壓水反應(yīng)堆燃料元件組件8(I)燃料元件棒

燃料元件棒是反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生核裂變并釋放熱量的部件。下圖示出了壓水堆燃料元件，它的長(zhǎng)度一般為34m，外徑約為9.5mm。按設(shè)計(jì)要求將一定數(shù)量的二氧化鈾燃料芯塊（陶瓷芯塊）裝入鋯-4合金管（燃料包殼）內(nèi)。上、下兩端都設(shè)有三氧化二鋁的陶瓷隔熱片，以減小芯塊的軸向傳熱。為防止運(yùn)輸過程中棒內(nèi)芯塊發(fā)生竄動(dòng)，頂部設(shè)有螺旋形壓緊彈簧。鋯-4合金管的兩端用鋯合金端塞堵封并焊接。(I)燃料元件棒9(1)燃料芯塊目前壓水堆燃料元件中的芯塊都采用二氧化鈾做成，核燃料富集度約為2％；芯塊直徑約為89mm；高度與直徑比一般為11.5。由于UO2熱導(dǎo)率小，故在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)芯塊中心部分比周邊部分的溫度要高得多，從而使芯塊形成下圖(a)砂漏狀；由于端部效應(yīng)，芯塊端面部分的徑向變形比芯塊中部的徑向變形要嚴(yán)重得多，并由于芯塊和包殼的相互作用，于是產(chǎn)生了下圖(b)所示的“竹節(jié)狀”，燃料元件包殼最易在這一部位發(fā)生破損。因此，燃料芯塊一般都做成下圖(c)那樣的蝶形端面加倒角，從而減小芯塊與包殼的相互作用。

(1)燃料芯塊10壓水堆燃料芯塊

壓水堆燃料芯塊11

(2)包殼管燃料元件的包殼（cladding）是反應(yīng)堆內(nèi)防止強(qiáng)放射性物質(zhì)外泄的第一道屏障，也是最重要的一道屏障，它的作用是包容裂變產(chǎn)物并把核燃料和冷卻劑分隔開。目前壓水堆中采用的包殼材料都是Zr-4合金（經(jīng)冷加工與消除應(yīng)力），因?yàn)閆r-4不僅有較高的高溫機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫水腐蝕的性能，而且中子吸收截面小，用它作包殼可使用較低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。包殼壁厚一般為0.550.65mm。由于裝配以及補(bǔ)償燃料芯塊和包殼之間溫差熱膨脹的需要，并考慮到反應(yīng)堆運(yùn)行后芯塊的腫脹，因此在燃料芯塊與包殼管之間應(yīng)留有一定間隙。在間隙處通常充以23MPa壓力的氦氣以改善元件棒的導(dǎo)熱性能和包殼的應(yīng)力狀態(tài)。芯塊與包殼之間的間隙及元件上端安置壓緊彈簧處的空腔還可以容納裂變過程中從燃料內(nèi)釋放出來的裂變氣體。(2)包殼管12組件骨架由彈簧定位格架、控制棒導(dǎo)向管和上、下管座等部件組成。它的功用是確保燃料組件的剛度和強(qiáng)度。

承受整個(gè)組件的重量；

流體力產(chǎn)生的振動(dòng)和壓力波動(dòng)（流致振蕩）；

承受控制棒下插時(shí)的沖擊力；

準(zhǔn)確為控制棒導(dǎo)向；保證燃料裝卸和運(yùn)輸?shù)陌踩?II)組件骨架(II)組件骨架13(1)彈性定位格架彈簧定位格架是壓水堆燃料組件的關(guān)鍵部件之一。定位格架設(shè)計(jì)得好，可以提高反應(yīng)堆出力或增加反應(yīng)堆熱工安全裕量。右圖示出彈簧定位格架，它是由沖壓成型的帶有剛性支承、彈性支承及混合翼?xiàng)l帶和帶導(dǎo)向翼的圍板經(jīng)組裝并焊接而成的彈性組件。燃料組件全長(zhǎng)有八個(gè)定位格架。其中位于活性區(qū)的6個(gè)定為格架的條帶有突出的混流翼，以利于在高熱負(fù)荷區(qū)加強(qiáng)冷卻劑的混合；燃料組件上、下兩端兩個(gè)彈性定為格架的條帶上沒有混流翼，而其它方面完全與前一種相同。(1)彈性定位格架燃料組件全長(zhǎng)有八個(gè)定位格架14(2)控制棒導(dǎo)向管每個(gè)燃料組件部帶有一定數(shù)量的，由不銹鋼或鋯-4合金制成的控制棒導(dǎo)向管。它對(duì)控制棒在堆芯上下移動(dòng)起導(dǎo)向作用。在沒有控制棒的燃料組件導(dǎo)向管內(nèi)，相應(yīng)地布置有固體可燃毒物棒或阻力塞?？刂瓢襞c導(dǎo)向管之間留有一定的間隙，使少量冷卻劑流通以冷卻控制棒。導(dǎo)向管下段的內(nèi)徑比上段略小，以便當(dāng)反應(yīng)堆緊急停堆控制棒快速下插時(shí)起緩沖作用。(2)控制棒導(dǎo)向管15(3)上管座上管座由上孔板、上框架和壓緊彈簧組成。它是燃料組件的上部構(gòu)件，并形成一個(gè)箱形空腔。上孔板和控制棒導(dǎo)向管焊接在一起，來自燃料棒間的水冷卻劑從上孔板流出，并在箱型空腔內(nèi)混合后流向堆芯上柵板。與上管座相連接的壓緊彈簧其所具有的壓緊力能克服組件的水力提升力，防止組件的水力振動(dòng)，并補(bǔ)償燃料組件和堆內(nèi)構(gòu)件之間的軸向膨脹差。上框架與上孔板用螺釘緊固。上管座的角上開有定位銷孔，以便和上柵板的銷釘對(duì)應(yīng)定位。(3)上管座16(4)下管座下管座由下孔板和下框架組成。它是燃料組件的底部構(gòu)件。下管座與控制棒導(dǎo)向管采用螺紋連接并點(diǎn)焊，水冷卻劑通過下孔板流入燃料棒間的冷卻劑通道。下框架和下孔板焊成一體，并在底部角上開有定位銷孔，用它與堆芯下柵板定位。燃料元件棒直立在下孔板上方，作用在組件上的軸向載荷和組件的重量通過下管座傳給下柵板。

(4)下管座17控制棒組件是核反應(yīng)堆控制部件。

(a)在正常運(yùn)行情況下用它啟動(dòng)、停堆、調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率;(b)在事故情況下依靠它快速下插，致使反應(yīng)堆在極短的時(shí)間內(nèi)緊急停堆，從而保證反應(yīng)堆的安全。目前，壓水反應(yīng)堆通常都采用棒束型控制棒組件，以銀-銦-鎘(80％Ag-15％In-5％Cd)合金作為吸收體，做成細(xì)棒狀，并用不銹鋼作為包殼，每個(gè)控制棒組件帶有2024根控制棒，每根控制棒插在燃料組件的導(dǎo)向管內(nèi)，依靠星形架連接成一束，由一臺(tái)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，使控制棒在導(dǎo)向管內(nèi)上下移動(dòng)。連接柄的終端有絲扣以便與控制棒傳動(dòng)桿的可拆接頭遠(yuǎn)距離連接或脫扣，連接柄的下端設(shè)有彈簧。當(dāng)控制棒快速下插時(shí)起緩沖作用。二、控制棒組件二、控制棒組件18棒束型控制棒組件棒束型控制棒組件19壓水反應(yīng)堆控制棒組件

ControlElementsofQinshanNPPII壓水反應(yīng)堆控制棒組件ControlElementsof20棒束型控制棒組件結(jié)構(gòu)圖

早期壓水堆普遍采用十字形的控制棒。而現(xiàn)代的壓水堆則都已改用棒束型控制棒組件。與十字型控制棒相比，棒束型控制棒組件由于其中子吸收體在堆芯內(nèi)分散布置，所以堆芯通量不會(huì)有顯著畸變，也提高了吸收體單位體積與單位重量吸收中子的效率；同時(shí)，棒束型控制棒組件提升后，留下的水隙較小，不再需要帶有擠水棒，簡(jiǎn)化了堆內(nèi)結(jié)構(gòu)，縮短了壓力容器的高度。棒束型控制棒組件結(jié)構(gòu)圖早期壓水堆普遍采用十字形的控21棒束型控制棒的優(yōu)點(diǎn)：1)棒徑細(xì)，數(shù)量多、吸收材料均勻分布在堆芯中，使堆芯內(nèi)中子注量率及功率分布更為均勻；2)由于單根控制棒細(xì)而長(zhǎng)，增大了撓性，在保證控制棒導(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，而且由于提高了單位重量和單位體積內(nèi)控制棒材料的吸收率，大大減少了控制棒的總重量；3)由于棒徑小，所以控制棒提升時(shí)所留下的水隙對(duì)功率分布畸變影響小。不需另設(shè)擠水棒，從而簡(jiǎn)化堆內(nèi)結(jié)構(gòu)，降低了反應(yīng)堆壓力容器的高度。

棒束型控制棒的優(yōu)點(diǎn)：22根據(jù)運(yùn)行要求，控制棒組件分為調(diào)節(jié)棒和安全棒兩組。調(diào)節(jié)棒組件主要用來調(diào)節(jié)負(fù)荷，抵消部分剩余反應(yīng)性，補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)各種因素引起的反應(yīng)性波動(dòng)。安全捧組件在正常運(yùn)行工況下提到堆芯之外，當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，要求在短時(shí)間(約為2s)內(nèi)迅速插入堆芯而停堆。此外，控制棒組件應(yīng)能抑制反應(yīng)堆可能出現(xiàn)的氙振蕩。

根據(jù)運(yùn)行要求，控制棒組件分為調(diào)節(jié)棒和安全棒兩組。23壓水堆中采用硼溶液化學(xué)控制可減少控制棒的數(shù)量，降低反應(yīng)堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗。但當(dāng)慢化劑溫度升高時(shí)，液體毒物硼將隨水的體積膨脹而被排出堆芯，如果硼濃度超過一定的數(shù)值，將使反應(yīng)堆出現(xiàn)正的慢化劑溫度系數(shù)，影響反應(yīng)堆自穩(wěn)調(diào)節(jié)性能。故為使反應(yīng)堆保持有負(fù)溫度系數(shù)，在運(yùn)行時(shí)通常將硼濃度限制在<1200ppm。因此在采用硼溶液化學(xué)控制的同時(shí)，還必須使用一定數(shù)量的固體可燃毒物。三、可燃毒物組件

水中硼濃度的大小對(duì)慢化劑溫度系數(shù)有顯著影響。隨著硼濃度的增加，慢化劑負(fù)溫度系數(shù)的絕對(duì)值越來越小。因?yàn)椋寒?dāng)水的溫度升高時(shí)，水的密度減小，單位體積水中含硼的核數(shù)也相應(yīng)減小，故反應(yīng)性增加。當(dāng)水中硼濃度超過某一值時(shí)，有可能使慢化劑溫度系數(shù)出現(xiàn)正值。慢化劑溫度系數(shù)與慢化劑的溫度有關(guān)。在慢化劑的溫度較低時(shí)，當(dāng)硼濃度超過500g/g時(shí)就出現(xiàn)了正溫度系數(shù)；但在反應(yīng)堆工作溫度（約553-573K）下，硼濃度大于1300g/g時(shí)才出現(xiàn)正溫度系數(shù)。三、可燃毒物組件水中硼濃度的大小對(duì)慢化劑溫度24固體可燃毒物采用吸收中子能力較強(qiáng)，又能隨著反應(yīng)堆運(yùn)行與核燃料一起消耗的核素。常用的有硼玻璃（Si2O3+B2O3基體），三氧化二釓等。將這些材料制成棒狀或管狀，然后外面再加包殼。固體可燃毒物棒一般設(shè)置在燃料組件的導(dǎo)向管內(nèi)，每個(gè)燃料組件內(nèi)插入可燃毒物棒的數(shù)目和布置形式，由堆物理設(shè)計(jì)確定。固體可燃毒物的合理布置，將進(jìn)一步改善堆芯的功率分布。并且適當(dāng)縮短可燃毒物棒的軸向尺寸，非對(duì)稱地布置偏于下半堆芯，從而展平軸向功率分布（因?yàn)?，?dāng)控制棒未插入時(shí)，堆內(nèi)軸向中子通量密度呈正弦分布；隨著控制棒組件插入，中子通量密度峰值逐漸向底部偏移，且峰值也變大。故壽期初，控制棒插入較深，中子通量密度峰值偏下分布）。固體可燃毒物采用吸收中子能力較強(qiáng)，又能隨著反應(yīng)堆運(yùn)行與核燃料25固體可燃毒物組件示意圖可燃毒物組件由可燃毒物棒、連接板和壓緊彈簧等組成。而且它與控制棒組件不同，裝入堆芯后不作上下移動(dòng)?？扇级疚锝M件只在第一爐料時(shí)使用，第一次換料（refuel）時(shí)用長(zhǎng)柄工具抽出，放入廢燃料組件水池中貯存，然后處理之。固體可燃毒物組件示意圖可燃毒物組件由可燃毒物棒、連接板和26阻力塞組件主要用來阻止控制棒導(dǎo)向管內(nèi)冷卻劑的漏流，使冷卻劑更有效地冷卻燃料元件。下圖示出阻力塞組件。它由阻力塞棒、連接板和壓緊彈簧等組成。為減少結(jié)構(gòu)材料的中子有害吸收，阻力塞棒制成短粗的實(shí)心棒狀。在無控制棒及無可燃毒物棒的導(dǎo)向管內(nèi)均插入阻力塞棒。阻力塞棒由實(shí)心的不銹鋼桿做成，在堆芯內(nèi)阻力塞組件固定在燃料組件上管座內(nèi)，坐在管座上孔板上。

阻力塞組件

四、阻力塞組件四、阻力塞組件27反應(yīng)堆初次啟動(dòng)和再次啟動(dòng)都需要有起“點(diǎn)火”作用的中子源。人工中子源設(shè)置在堆芯或堆芯鄰近區(qū)域，每秒鐘放出107l08個(gè)中子。依靠這些中子在堆芯內(nèi)引起核裂變反應(yīng)，從而提高堆芯內(nèi)中子注量率，克服核測(cè)儀器的盲區(qū)，使反應(yīng)堆能安全、迅速地啟動(dòng)。中子源組件源棒有初級(jí)源和次級(jí)源兩種。帶有初級(jí)中子源棒的中子源組件只用于堆芯初次裝料及首次啟動(dòng)。次級(jí)Sb-Be中子源原先并不放出中子，Sb在堆內(nèi)活化以后，放出Gama射線，轟擊Be產(chǎn)生中子。每根源棒可裝Sb-Be530多克，在滿功率運(yùn)行兩個(gè)月后，所達(dá)強(qiáng)度允許停堆12個(gè)月再啟動(dòng)，次級(jí)源壽命約為5年滿功率-年。中子源組件由釙-鈹源棒（Po-Be源，初級(jí)，近年來也廣泛采用252Cf（锎），如大亞灣）、銻-鈹源棒（Sb-Be光中子源，次級(jí)）、阻力塞棒及連接柄等組成。源棒的包殼材料也是不銹鋼（StainlessSteel）。大亞灣核電廠首次裝料有2個(gè)初級(jí)中子源棒組件，每個(gè)組件的24根棒中，有1根初級(jí)中子源棒，1根次級(jí)源棒，16根可燃毒物棒。6個(gè)阻力塞。2個(gè)次級(jí)中子源棒組件（各4根次級(jí)棒，20個(gè)阻力塞）為防止受反應(yīng)堆水力沖擊或振動(dòng)，在堆芯上柵板就位時(shí)，需通過壓緊桿、組合彈簧等將中子源組件壓緊。

五、中子源組件五、中子源組件282、堆內(nèi)構(gòu)件

堆內(nèi)構(gòu)件包括吊籃部件、壓緊部件、堆內(nèi)測(cè)量裝置等。主要作用：承受燃料組件的重量和壓緊力，保證燃料組件的位置和方向的準(zhǔn)確性；保證控制棒組件的位置和方向，以便在控制棒抽插時(shí)導(dǎo)向；進(jìn)行壓力殼內(nèi)冷卻劑流量分配，導(dǎo)出堆芯熱量，冷卻堆內(nèi)部件；堆內(nèi)測(cè)量裝置的布置和導(dǎo)向；減弱中子和射線對(duì)壓力容器的輻照，延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命。2、堆內(nèi)構(gòu)件堆內(nèi)構(gòu)件包括吊籃部件、壓緊部件、堆內(nèi)測(cè)量裝置等29下部堆內(nèi)構(gòu)件下部堆內(nèi)構(gòu)件30

吊籃部件又稱堆芯下部支承構(gòu)件。它包括吊籃筒體、下柵格板部件、圍板組件、熱屏蔽組件和吊籃防斷支承組件（二次支承組件）等。

把堆芯總量傳遞給壓力容器法蘭；確定燃料組件下端位置；承受控制棒組件在事故落棒時(shí)的重力，并將其傳遞給壓力容器法蘭；確定壓力容器內(nèi)及堆芯內(nèi)冷卻劑流向；降低壓力容器壁所受的射線劑量；堆芯吊籃斷裂時(shí)，起緩沖作用。吊籃部件結(jié)構(gòu)圖

一、吊籃部件吊籃部件又稱堆芯下部支承構(gòu)件。它包括吊籃筒體、下柵格板部31吊籃筒體

吊籃筒體是由不銹鋼做成的圓筒形部件，包括筒身、上法蘭、出口水密封法蘭等部分。吊籃筒身采用懸掛式結(jié)構(gòu)，依靠上法蘭懸掛并壓緊在壓力容器的內(nèi)壁支撐凸緣上，這樣，當(dāng)筒體受熱后可以向下自由膨脹。吊籃上法蘭周邊開有四個(gè)均勻布置的方框形槽孔，借助四個(gè)方形鍵將整個(gè)吊籃部件和壓緊部件一起與壓力容器定位，從而保證燃料組件和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)中，限制吊籃部件周向轉(zhuǎn)動(dòng)。吊籃筒體的上段與冷卻劑出口密封法蘭焊在一起，以便將進(jìn)出口冷卻劑分隔。吊籃筒體下端底板的外表面周向均勻布置有四個(gè)定位鍵，它與固定在壓力容器內(nèi)壁的四個(gè)凸緣槽相配作為輔助定位支承，以防止吊籃下部因水力沖擊等原因所造成的擺動(dòng)。

吊籃筒體

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下柵板組件

下柵板組件由堆芯下柵（格）板、流量分配板和可調(diào)整的支承柱組成。燃料組件直立在下柵板上，每個(gè)燃料組件下端的定位銷孔與下柵板上的定位銷相配，使燃料組件在堆芯內(nèi)精確定位。為提高下柵板的剛性，保持板面平直，在下柵板與吊籃底板之間設(shè)有一定數(shù)目可調(diào)整的支承柱。下柵板通過其周邊四個(gè)均勻布置的定位鍵槽與吊籃定位。為使冷卻劑按一定流量分配要求對(duì)燃料組件進(jìn)行冷卻，在下柵板與吊籃底板之間設(shè)置流量分配板。根據(jù)中子測(cè)量要求，下柵板組件上設(shè)有中子通量測(cè)量導(dǎo)管，并與燃料組件中心的通量測(cè)量套管相配合。

壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件33圍板組件堆芯圍板和幾塊沿軸向外邊是圓形內(nèi)邊是直角的曲折形狀的幅板。用螺釘連接組成圍板組件，并用螺釘和銷釘裝在吊籃內(nèi)壁上，從而將堆芯包圍起來，使冷卻劑流經(jīng)堆芯，更有效地將燃料組件的釋熱帶出。圍板外圍的水通過幅板上的小孔緩緩自下而上流動(dòng)，帶走熱量。熱屏蔽組件

熱屏蔽組件是具有一定厚度的不銹鋼圓筒，它吊掛在吊籃相應(yīng)于堆芯部位的筒體外壁上，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，可以是整體圓筒形或四塊瓦片狀的局部圓筒形。它的作用是與吊籃筒體在一起，屏蔽從堆芯射出的中子和射線，減弱中子和射線對(duì)壓力容器的輻照損傷和熱應(yīng)力。圍板組件34防斷支承組件防斷支承組件由支柱、緩沖器、防斷中板和防斷底板組成。一種安全裝置，用來防止吊籃斷裂而造成的事故。結(jié)構(gòu)布置上使防斷支承的底板與反應(yīng)堆壓力容器下封頭底面在熱態(tài)時(shí)仍保持有十幾毫米的間隙。這樣，一旦吊籃發(fā)生斷裂，堆芯突然垂直下落時(shí)，四只緩沖器依靠單薄的截面所產(chǎn)生的變形而耗去沖擊能量，從而防止壓力容器受沖擊而損壞。吊籃下落十幾毫米，相當(dāng)于控制棒抽出堆芯相應(yīng)的高度，而這個(gè)高度的控制棒當(dāng)量不致于造成反應(yīng)堆超臨界事故。

防斷支承組件35壓緊部件也稱堆芯上支承構(gòu)件。壓緊部件包括壓緊支承組件，導(dǎo)向筒組件及壓緊彈簧等。壓緊部件主要用來壓住燃料組件，以防止燃料組件因水力沖擊發(fā)生上下跳動(dòng)，同時(shí)對(duì)控制棒起導(dǎo)向作用并引導(dǎo)冷卻劑流出堆芯。上支承構(gòu)件通常組裝成一個(gè)整體，以便在反應(yīng)堆裝卸燃料時(shí)，該構(gòu)件能作整體吊裝。

二、壓緊部件二、壓緊部件36壓緊部件結(jié)構(gòu)示意圖壓緊部件結(jié)構(gòu)示意圖37壓緊支承組件壓緊支承組件由壓緊頂帽、支承筒和堆芯上柵板等組成。壓力容器上主螺栓的擰緊力通過壓緊支承組件傳給燃料組件上管座的彈簧，從而將燃料組件壓緊。壓緊頂帽有帽式，也有平板式。堆芯上柵板是薄的圓板，板上設(shè)有導(dǎo)向筒組件的定位銷孔。上柵板的流水孔和下柵板一樣，它們都與每個(gè)燃料組件的位置一一對(duì)應(yīng)。此外，上柵板設(shè)置有向下的定位銷以壓配每個(gè)燃料組件上管座的定位孔，使燃料組件上端壓緊定位。支承筒是壓緊頂帽和堆芯上柵板之間的連接件。它的作用是使兩板保持機(jī)械載荷。壓緊支承組件38導(dǎo)向筒組件它是當(dāng)控制棒組件在堆內(nèi)上下抽插時(shí)起導(dǎo)向作用的組件。要求該組件有精確的對(duì)中尺寸，不允許將控制棒卡住或別彎。壓緊彈簧壓緊彈簧放置在吊籃筒體上法蘭和壓緊頂板之間，依靠壓力容器頂蓋上的主螺栓所產(chǎn)生的壓緊力使吊籃和壓緊部件軸向固定。同時(shí)利用壓緊彈簧補(bǔ)償?shù)趸@和壓緊部件的機(jī)械加工公差和裝配公差，補(bǔ)償堆內(nèi)構(gòu)件熱脹冷縮造成的尺寸偏差及承受水力沖擊等產(chǎn)生的附加作用力。

導(dǎo)向筒組件39主要是溫度測(cè)量裝置和中子通量測(cè)量裝置。1、堆內(nèi)溫度測(cè)量裝置是監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆熱功率輸出，保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的一種設(shè)施。2、堆內(nèi)中子通量測(cè)量裝置是通過堆內(nèi)中子注量率的測(cè)量，確定堆芯裂變功率分布及燃耗情況。三、堆內(nèi)測(cè)量裝置三、堆內(nèi)測(cè)量裝置40堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)

堆內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)41此外，為在事故發(fā)生時(shí)或事故后向操縱員提供補(bǔ)充信息，近年來，大型壓水堆核電廠增設(shè)了反應(yīng)堆壓力容器水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能指示出反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)異常液位（或汽泡的相對(duì)含量），該系統(tǒng)是冗余的。壓力容器水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用壓力容器上部排氣管道與下部堆芯測(cè)量系統(tǒng)備用通道之間壓力差的測(cè)量并與參考值相比較而得到。壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件423、反應(yīng)堆壓力容器

壓力容器是放置堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，防止放射性外泄的高壓設(shè)備。壓力容器材料一般采用具有較好機(jī)械性能、抗輻照性能和熱穩(wěn)定性能的低合金鋼。為了防止高溫含硼水對(duì)壓力容器材料的腐蝕，所以在容器的內(nèi)表面堆焊一層幾毫米厚的不銹綱襯里。過去的設(shè)計(jì)要求核電廠反應(yīng)堆壓力容器使用壽命為3040年，80年代在采取由內(nèi)向外的低泄漏更換燃料方式及加大水層和不銹鋼管組成的反射層等措施后，壓力容器的使用壽命可望達(dá)到60年左右。壓力容器由頂蓋、筒體、密封件、螺栓和螺帽等組成，頂蓋與筒體用螺栓連接。

3、反應(yīng)堆壓力容器壓力容器是放置堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，防止放射43壓力容器的頂蓋由上法蘭和上封頭球冠焊接而成。在法蘭端部圓周上開有均勻布置的螺栓孔。球冠面上設(shè)有一定數(shù)目的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的管座和溫度測(cè)量引出管座。頂蓋的結(jié)構(gòu)形式有平頂、球形和碟形等。平頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造方便，容器高度低，但較厚，受力后變形狀態(tài)不好，會(huì)影響容器的密封性能。球形頂蓋的受力和變形狀態(tài)好，密封性能好，材料用量少。碟形頂蓋介于這兩者之間。核電廠的反應(yīng)堆壓力容器一般采用球形頂蓋或球碟形頂蓋。一、頂蓋一、頂蓋44筒體由法蘭接管段(包括回路接管)、筒身、過渡段和下封頭等焊接而成。接管段法蘭端面圓周上均勻布置的螺孔與頂蓋法蘭螺孔相配。根據(jù)反應(yīng)堆一回路數(shù)目不同，在接管段的同一水平面上設(shè)置有28個(gè)大口徑冷卻劑進(jìn)出口接管。在下封頭球冠上設(shè)有堆內(nèi)中子注量率測(cè)量管座，以便通過這些管座引出注量率測(cè)量管。二、筒體二、筒體45為了確保安全運(yùn)行，防止放射性冷卻劑外泄，在壓力容器頂蓋和筒體法蘭連接處設(shè)置有內(nèi)外兩道同心的“O”形環(huán)進(jìn)行密封?！癘”形密封環(huán)由不銹鋼管或鎳基合金管制成?！癘”形密封環(huán)有自緊式“O”形密封環(huán)、充氣式“O”形密封環(huán)兩種。為隨時(shí)觀察密封裝置的可靠性，在兩道“O”形環(huán)之間設(shè)有泄漏監(jiān)督警報(bào)裝置．以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，并進(jìn)行處理。三、密封結(jié)構(gòu)三、密封結(jié)構(gòu)46近代核電廠壓水堆的壓力容器一般是利用冷卻劑進(jìn)出口的接管或在筒體對(duì)應(yīng)于接管的位置上焊上輔助支承作為壓力容器的支承。依靠接管與接管相連的鋼墊支承在混凝土基礎(chǔ)上。支承結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，使混凝土的表面溫度小于允許值。此外，為了減少壓力容器內(nèi)外壁面的溫差，從而降低殼體的熱應(yīng)力；同時(shí)也為減少散熱損失，降低堆腔內(nèi)的空間溫度，因此壓力容器表面包覆保溫層。四、壓力容器的支承四、壓力容器的支承474、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要?jiǎng)幼鞑考?，通過它的動(dòng)作帶動(dòng)控制棒組件在堆芯內(nèi)上下抽插，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆啟動(dòng)、停堆、調(diào)節(jié)功率或事故反插?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能可靠與否，直接影響反應(yīng)堆的安全性。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型：磁力提升型、磁阻馬達(dá)型、液壓驅(qū)動(dòng)型及齒輪齒條型等。

4、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是反應(yīng)堆的重要?jiǎng)幼鞑考?，?8控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求：在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，控制棒上下移動(dòng)速度較慢，每秒鐘行程約為1020mm；在快速停堆或事故情況下要求驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在得到訊號(hào)后即能依靠自重在小于2秒鐘的時(shí)間內(nèi)控制棒全部插入堆芯。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的耐壓殼必須嚴(yán)格密封，防止破裂。具有足夠的使用壽命，即使進(jìn)行近百萬次動(dòng)作也不發(fā)生故障。裝卸維修方便?？刂瓢趄?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求：49控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部件控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要部件50冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)的循環(huán)冷卻劑在反應(yīng)堆內(nèi)的循環(huán)51第二章壓水堆本體結(jié)構(gòu)

第二章壓水堆本體結(jié)構(gòu)52典型壓水反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)

反應(yīng)堆本體堆芯（活性區(qū)）堆內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)堆壓力容器（壓力殼）控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）典型壓水反應(yīng)堆反應(yīng)堆本體堆芯（活性區(qū)）堆內(nèi)構(gòu)件反應(yīng)堆壓力容器53壓水堆堆芯部分的橫截面

壓水堆堆芯部分的橫截面54堆芯，活性區(qū)：core；（注：快堆內(nèi)還有blanket，再生區(qū)）燃料組件：fuelassembly;反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件：reactorvesselinternals;控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：controlroddrivemechanism;橫截面：cross-section;剖面：cutawaysection.壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件551、堆芯結(jié)構(gòu)

堆芯是反應(yīng)堆的核心部分，核燃料在這里實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)，并將核能轉(zhuǎn)化為熱能，此外，堆芯又是強(qiáng)放射源。壓水堆堆芯由核燃料組件、控制棒組件、固體可燃毒物組件、阻力塞組件以及中子源組件等組成。用作慢化劑兼冷卻劑的水，從進(jìn)口接管流入壓力容器，沿吊籃（corebarrel）與壓力容器內(nèi)壁之間的環(huán)形通道(也稱下行流道)流向堆芯下腔室，然后轉(zhuǎn)而向上流經(jīng)堆芯，加熱后的冷卻劑經(jīng)堆芯上腔室從出口接管流出。

1、堆芯結(jié)構(gòu)堆芯是反應(yīng)堆的核心部分，核燃料在這里實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)搅?6壓水反應(yīng)堆內(nèi)的燃料組件在堆芯中處在高溫、高壓、含硼水、強(qiáng)中子輻照、腐蝕、沖刷和水力振動(dòng)等惡劣條件下長(zhǎng)期工作，因此核燃料組件的性能直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全可靠性。大多數(shù)較新型的壓水反應(yīng)堆的燃料組件內(nèi)，按17×17排列成正方形柵格。在每一組件的289個(gè)可利用的空位中，燃料棒占據(jù)264個(gè)，其余空位裝有控制棒導(dǎo)向管（controlrodguidetube）（內(nèi)裝控制棒和可燃毒物棒），最中心的管供中子注量率測(cè)量用。組件中的燃料棒沿長(zhǎng)度方向設(shè)有8層彈簧定位格架（springspacergrid），將元件棒按一定間距定位并夾緊，但允許元件棒能沿軸向自由膨脹，以防止由于熱膨脹引起元件棒的彎曲。一、燃料組件一、燃料組件57控制棒導(dǎo)向管、中子注量率(neutronfluencerate)測(cè)量管和彈簧定位格架一起構(gòu)成一個(gè)剛性的組件骨架（framework）。元件棒按空位插于骨架內(nèi)。骨架的上、下端是上、下管座。燃料組件就是由燃料元件棒及組件骨架等所組成。上、下管座均設(shè)有定位銷孔，燃料組件裝入堆芯后依靠這些定位銷孔與堆內(nèi)上、下柵板上的定位銷釘相配，從而使燃料組件在堆芯中按一定間距定位。上管座設(shè)置有壓緊彈簧（hold-downspring），其作用是使燃料組件承受一個(gè)軸向壓緊力，以防止冷卻劑自下而上高速流動(dòng)時(shí)引起燃料組件竄動(dòng)。同時(shí)，可以補(bǔ)償各種結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹，減小突然外來載荷(例如地震)對(duì)燃料組件的沖擊?？刂瓢魧?dǎo)向管、中子注量率(neutronfluencer58壓水反應(yīng)堆燃料元件組件

壓水反應(yīng)堆燃料元件組件59(I)燃料元件棒

燃料元件棒是反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生核裂變并釋放熱量的部件。下圖示出了壓水堆燃料元件，它的長(zhǎng)度一般為34m，外徑約為9.5mm。按設(shè)計(jì)要求將一定數(shù)量的二氧化鈾燃料芯塊（陶瓷芯塊）裝入鋯-4合金管（燃料包殼）內(nèi)。上、下兩端都設(shè)有三氧化二鋁的陶瓷隔熱片，以減小芯塊的軸向傳熱。為防止運(yùn)輸過程中棒內(nèi)芯塊發(fā)生竄動(dòng)，頂部設(shè)有螺旋形壓緊彈簧。鋯-4合金管的兩端用鋯合金端塞堵封并焊接。(I)燃料元件棒60(1)燃料芯塊目前壓水堆燃料元件中的芯塊都采用二氧化鈾做成，核燃料富集度約為2％；芯塊直徑約為89mm；高度與直徑比一般為11.5。由于UO2熱導(dǎo)率小，故在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)芯塊中心部分比周邊部分的溫度要高得多，從而使芯塊形成下圖(a)砂漏狀；由于端部效應(yīng)，芯塊端面部分的徑向變形比芯塊中部的徑向變形要嚴(yán)重得多，并由于芯塊和包殼的相互作用，于是產(chǎn)生了下圖(b)所示的“竹節(jié)狀”，燃料元件包殼最易在這一部位發(fā)生破損。因此，燃料芯塊一般都做成下圖(c)那樣的蝶形端面加倒角，從而減小芯塊與包殼的相互作用。

(1)燃料芯塊61壓水堆燃料芯塊

壓水堆燃料芯塊62

(2)包殼管燃料元件的包殼（cladding）是反應(yīng)堆內(nèi)防止強(qiáng)放射性物質(zhì)外泄的第一道屏障，也是最重要的一道屏障，它的作用是包容裂變產(chǎn)物并把核燃料和冷卻劑分隔開。目前壓水堆中采用的包殼材料都是Zr-4合金（經(jīng)冷加工與消除應(yīng)力），因?yàn)閆r-4不僅有較高的高溫機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫水腐蝕的性能，而且中子吸收截面小，用它作包殼可使用較低富集度的核燃料，提高卸料燃耗。包殼壁厚一般為0.550.65mm。由于裝配以及補(bǔ)償燃料芯塊和包殼之間溫差熱膨脹的需要，并考慮到反應(yīng)堆運(yùn)行后芯塊的腫脹，因此在燃料芯塊與包殼管之間應(yīng)留有一定間隙。在間隙處通常充以23MPa壓力的氦氣以改善元件棒的導(dǎo)熱性能和包殼的應(yīng)力狀態(tài)。芯塊與包殼之間的間隙及元件上端安置壓緊彈簧處的空腔還可以容納裂變過程中從燃料內(nèi)釋放出來的裂變氣體。(2)包殼管63組件骨架由彈簧定位格架、控制棒導(dǎo)向管和上、下管座等部件組成。它的功用是確保燃料組件的剛度和強(qiáng)度。

承受整個(gè)組件的重量；

流體力產(chǎn)生的振動(dòng)和壓力波動(dòng)（流致振蕩）；

承受控制棒下插時(shí)的沖擊力；

準(zhǔn)確為控制棒導(dǎo)向；保證燃料裝卸和運(yùn)輸?shù)陌踩?II)組件骨架(II)組件骨架64(1)彈性定位格架彈簧定位格架是壓水堆燃料組件的關(guān)鍵部件之一。定位格架設(shè)計(jì)得好，可以提高反應(yīng)堆出力或增加反應(yīng)堆熱工安全裕量。右圖示出彈簧定位格架，它是由沖壓成型的帶有剛性支承、彈性支承及混合翼?xiàng)l帶和帶導(dǎo)向翼的圍板經(jīng)組裝并焊接而成的彈性組件。燃料組件全長(zhǎng)有八個(gè)定位格架。其中位于活性區(qū)的6個(gè)定為格架的條帶有突出的混流翼，以利于在高熱負(fù)荷區(qū)加強(qiáng)冷卻劑的混合；燃料組件上、下兩端兩個(gè)彈性定為格架的條帶上沒有混流翼，而其它方面完全與前一種相同。(1)彈性定位格架燃料組件全長(zhǎng)有八個(gè)定位格架65(2)控制棒導(dǎo)向管每個(gè)燃料組件部帶有一定數(shù)量的，由不銹鋼或鋯-4合金制成的控制棒導(dǎo)向管。它對(duì)控制棒在堆芯上下移動(dòng)起導(dǎo)向作用。在沒有控制棒的燃料組件導(dǎo)向管內(nèi)，相應(yīng)地布置有固體可燃毒物棒或阻力塞?？刂瓢襞c導(dǎo)向管之間留有一定的間隙，使少量冷卻劑流通以冷卻控制棒。導(dǎo)向管下段的內(nèi)徑比上段略小，以便當(dāng)反應(yīng)堆緊急停堆控制棒快速下插時(shí)起緩沖作用。(2)控制棒導(dǎo)向管66(3)上管座上管座由上孔板、上框架和壓緊彈簧組成。它是燃料組件的上部構(gòu)件，并形成一個(gè)箱形空腔。上孔板和控制棒導(dǎo)向管焊接在一起，來自燃料棒間的水冷卻劑從上孔板流出，并在箱型空腔內(nèi)混合后流向堆芯上柵板。與上管座相連接的壓緊彈簧其所具有的壓緊力能克服組件的水力提升力，防止組件的水力振動(dòng)，并補(bǔ)償燃料組件和堆內(nèi)構(gòu)件之間的軸向膨脹差。上框架與上孔板用螺釘緊固。上管座的角上開有定位銷孔，以便和上柵板的銷釘對(duì)應(yīng)定位。(3)上管座67(4)下管座下管座由下孔板和下框架組成。它是燃料組件的底部構(gòu)件。下管座與控制棒導(dǎo)向管采用螺紋連接并點(diǎn)焊，水冷卻劑通過下孔板流入燃料棒間的冷卻劑通道。下框架和下孔板焊成一體，并在底部角上開有定位銷孔，用它與堆芯下柵板定位。燃料元件棒直立在下孔板上方，作用在組件上的軸向載荷和組件的重量通過下管座傳給下柵板。

(4)下管座68控制棒組件是核反應(yīng)堆控制部件。

(a)在正常運(yùn)行情況下用它啟動(dòng)、停堆、調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的功率;(b)在事故情況下依靠它快速下插，致使反應(yīng)堆在極短的時(shí)間內(nèi)緊急停堆，從而保證反應(yīng)堆的安全。目前，壓水反應(yīng)堆通常都采用棒束型控制棒組件，以銀-銦-鎘(80％Ag-15％In-5％Cd)合金作為吸收體，做成細(xì)棒狀，并用不銹鋼作為包殼，每個(gè)控制棒組件帶有2024根控制棒，每根控制棒插在燃料組件的導(dǎo)向管內(nèi)，依靠星形架連接成一束，由一臺(tái)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，使控制棒在導(dǎo)向管內(nèi)上下移動(dòng)。連接柄的終端有絲扣以便與控制棒傳動(dòng)桿的可拆接頭遠(yuǎn)距離連接或脫扣，連接柄的下端設(shè)有彈簧。當(dāng)控制棒快速下插時(shí)起緩沖作用。二、控制棒組件二、控制棒組件69棒束型控制棒組件棒束型控制棒組件70壓水反應(yīng)堆控制棒組件

ControlElementsofQinshanNPPII壓水反應(yīng)堆控制棒組件ControlElementsof71棒束型控制棒組件結(jié)構(gòu)圖

早期壓水堆普遍采用十字形的控制棒。而現(xiàn)代的壓水堆則都已改用棒束型控制棒組件。與十字型控制棒相比，棒束型控制棒組件由于其中子吸收體在堆芯內(nèi)分散布置，所以堆芯通量不會(huì)有顯著畸變，也提高了吸收體單位體積與單位重量吸收中子的效率；同時(shí)，棒束型控制棒組件提升后，留下的水隙較小，不再需要帶有擠水棒，簡(jiǎn)化了堆內(nèi)結(jié)構(gòu)，縮短了壓力容器的高度。棒束型控制棒組件結(jié)構(gòu)圖早期壓水堆普遍采用十字形的控72棒束型控制棒的優(yōu)點(diǎn)：1)棒徑細(xì)，數(shù)量多、吸收材料均勻分布在堆芯中，使堆芯內(nèi)中子注量率及功率分布更為均勻；2)由于單根控制棒細(xì)而長(zhǎng)，增大了撓性，在保證控制棒導(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，而且由于提高了單位重量和單位體積內(nèi)控制棒材料的吸收率，大大減少了控制棒的總重量；3)由于棒徑小，所以控制棒提升時(shí)所留下的水隙對(duì)功率分布畸變影響小。不需另設(shè)擠水棒，從而簡(jiǎn)化堆內(nèi)結(jié)構(gòu)，降低了反應(yīng)堆壓力容器的高度。

棒束型控制棒的優(yōu)點(diǎn)：73根據(jù)運(yùn)行要求，控制棒組件分為調(diào)節(jié)棒和安全棒兩組。調(diào)節(jié)棒組件主要用來調(diào)節(jié)負(fù)荷，抵消部分剩余反應(yīng)性，補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)各種因素引起的反應(yīng)性波動(dòng)。安全捧組件在正常運(yùn)行工況下提到堆芯之外，當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，要求在短時(shí)間(約為2s)內(nèi)迅速插入堆芯而停堆。此外，控制棒組件應(yīng)能抑制反應(yīng)堆可能出現(xiàn)的氙振蕩。

根據(jù)運(yùn)行要求，控制棒組件分為調(diào)節(jié)棒和安全棒兩組。74壓水堆中采用硼溶液化學(xué)控制可減少控制棒的數(shù)量，降低反應(yīng)堆的功率峰值因子，加深卸料燃耗。但當(dāng)慢化劑溫度升高時(shí)，液體毒物硼將隨水的體積膨脹而被排出堆芯，如果硼濃度超過一定的數(shù)值，將使反應(yīng)堆出現(xiàn)正的慢化劑溫度系數(shù)，影響反應(yīng)堆自穩(wěn)調(diào)節(jié)性能。故為使反應(yīng)堆保持有負(fù)溫度系數(shù)，在運(yùn)行時(shí)通常將硼濃度限制在<1200ppm。因此在采用硼溶液化學(xué)控制的同時(shí)，還必須使用一定數(shù)量的固體可燃毒物。三、可燃毒物組件

水中硼濃度的大小對(duì)慢化劑溫度系數(shù)有顯著影響。隨著硼濃度的增加，慢化劑負(fù)溫度系數(shù)的絕對(duì)值越來越小。因?yàn)椋寒?dāng)水的溫度升高時(shí)，水的密度減小，單位體積水中含硼的核數(shù)也相應(yīng)減小，故反應(yīng)性增加。當(dāng)水中硼濃度超過某一值時(shí)，有可能使慢化劑溫度系數(shù)出現(xiàn)正值。慢化劑溫度系數(shù)與慢化劑的溫度有關(guān)。在慢化劑的溫度較低時(shí)，當(dāng)硼濃度超過500g/g時(shí)就出現(xiàn)了正溫度系數(shù)；但在反應(yīng)堆工作溫度（約553-573K）下，硼濃度大于1300g/g時(shí)才出現(xiàn)正溫度系數(shù)。三、可燃毒物組件水中硼濃度的大小對(duì)慢化劑溫度75固體可燃毒物采用吸收中子能力較強(qiáng)，又能隨著反應(yīng)堆運(yùn)行與核燃料一起消耗的核素。常用的有硼玻璃（Si2O3+B2O3基體），三氧化二釓等。將這些材料制成棒狀或管狀，然后外面再加包殼。固體可燃毒物棒一般設(shè)置在燃料組件的導(dǎo)向管內(nèi)，每個(gè)燃料組件內(nèi)插入可燃毒物棒的數(shù)目和布置形式，由堆物理設(shè)計(jì)確定。固體可燃毒物的合理布置，將進(jìn)一步改善堆芯的功率分布。并且適當(dāng)縮短可燃毒物棒的軸向尺寸，非對(duì)稱地布置偏于下半堆芯，從而展平軸向功率分布（因?yàn)?，?dāng)控制棒未插入時(shí)，堆內(nèi)軸向中子通量密度呈正弦分布；隨著控制棒組件插入，中子通量密度峰值逐漸向底部偏移，且峰值也變大。故壽期初，控制棒插入較深，中子通量密度峰值偏下分布）。固體可燃毒物采用吸收中子能力較強(qiáng)，又能隨著反應(yīng)堆運(yùn)行與核燃料76固體可燃毒物組件示意圖可燃毒物組件由可燃毒物棒、連接板和壓緊彈簧等組成。而且它與控制棒組件不同，裝入堆芯后不作上下移動(dòng)?？扇级疚锝M件只在第一爐料時(shí)使用，第一次換料（refuel）時(shí)用長(zhǎng)柄工具抽出，放入廢燃料組件水池中貯存，然后處理之。固體可燃毒物組件示意圖可燃毒物組件由可燃毒物棒、連接板和77阻力塞組件主要用來阻止控制棒導(dǎo)向管內(nèi)冷卻劑的漏流，使冷卻劑更有效地冷卻燃料元件。下圖示出阻力塞組件。它由阻力塞棒、連接板和壓緊彈簧等組成。為減少結(jié)構(gòu)材料的中子有害吸收，阻力塞棒制成短粗的實(shí)心棒狀。在無控制棒及無可燃毒物棒的導(dǎo)向管內(nèi)均插入阻力塞棒。阻力塞棒由實(shí)心的不銹鋼桿做成，在堆芯內(nèi)阻力塞組件固定在燃料組件上管座內(nèi)，坐在管座上孔板上。

阻力塞組件

四、阻力塞組件四、阻力塞組件78反應(yīng)堆初次啟動(dòng)和再次啟動(dòng)都需要有起“點(diǎn)火”作用的中子源。人工中子源設(shè)置在堆芯或堆芯鄰近區(qū)域，每秒鐘放出107l08個(gè)中子。依靠這些中子在堆芯內(nèi)引起核裂變反應(yīng)，從而提高堆芯內(nèi)中子注量率，克服核測(cè)儀器的盲區(qū)，使反應(yīng)堆能安全、迅速地啟動(dòng)。中子源組件源棒有初級(jí)源和次級(jí)源兩種。帶有初級(jí)中子源棒的中子源組件只用于堆芯初次裝料及首次啟動(dòng)。次級(jí)Sb-Be中子源原先并不放出中子，Sb在堆內(nèi)活化以后，放出Gama射線，轟擊Be產(chǎn)生中子。每根源棒可裝Sb-Be530多克，在滿功率運(yùn)行兩個(gè)月后，所達(dá)強(qiáng)度允許停堆12個(gè)月再啟動(dòng)，次級(jí)源壽命約為5年滿功率-年。中子源組件由釙-鈹源棒（Po-Be源，初級(jí)，近年來也廣泛采用252Cf（锎），如大亞灣）、銻-鈹源棒（Sb-Be光中子源，次級(jí)）、阻力塞棒及連接柄等組成。源棒的包殼材料也是不銹鋼（StainlessSteel）。大亞灣核電廠首次裝料有2個(gè)初級(jí)中子源棒組件，每個(gè)組件的24根棒中，有1根初級(jí)中子源棒，1根次級(jí)源棒，16根可燃毒物棒。6個(gè)阻力塞。2個(gè)次級(jí)中子源棒組件（各4根次級(jí)棒，20個(gè)阻力塞）為防止受反應(yīng)堆水力沖擊或振動(dòng)，在堆芯上柵板就位時(shí)，需通過壓緊桿、組合彈簧等將中子源組件壓緊。

五、中子源組件五、中子源組件792、堆內(nèi)構(gòu)件

堆內(nèi)構(gòu)件包括吊籃部件、壓緊部件、堆內(nèi)測(cè)量裝置等。主要作用：承受燃料組件的重量和壓緊力，保證燃料組件的位置和方向的準(zhǔn)確性；保證控制棒組件的位置和方向，以便在控制棒抽插時(shí)導(dǎo)向；進(jìn)行壓力殼內(nèi)冷卻劑流量分配，導(dǎo)出堆芯熱量，冷卻堆內(nèi)部件；堆內(nèi)測(cè)量裝置的布置和導(dǎo)向；減弱中子和射線對(duì)壓力容器的輻照，延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命。2、堆內(nèi)構(gòu)件堆內(nèi)構(gòu)件包括吊籃部件、壓緊部件、堆內(nèi)測(cè)量裝置等80下部堆內(nèi)構(gòu)件下部堆內(nèi)構(gòu)件81

吊籃部件又稱堆芯下部支承構(gòu)件。它包括吊籃筒體、下柵格板部件、圍板組件、熱屏蔽組件和吊籃防斷支承組件（二次支承組件）等。

把堆芯總量傳遞給壓力容器法蘭；確定燃料組件下端位置；承受控制棒組件在事故落棒時(shí)的重力，并將其傳遞給壓力容器法蘭；確定壓力容器內(nèi)及堆芯內(nèi)冷卻劑流向；降低壓力容器壁所受的射線劑量；堆芯吊籃斷裂時(shí)，起緩沖作用。吊籃部件結(jié)構(gòu)圖

一、吊籃部件吊籃部件又稱堆芯下部支承構(gòu)件。它包括吊籃筒體、下柵格板部82吊籃筒體

吊籃筒體是由不銹鋼做成的圓筒形部件，包括筒身、上法蘭、出口水密封法蘭等部分。吊籃筒身采用懸掛式結(jié)構(gòu)，依靠上法蘭懸掛并壓緊在壓力容器的內(nèi)壁支撐凸緣上，這樣，當(dāng)筒體受熱后可以向下自由膨脹。吊籃上法蘭周邊開有四個(gè)均勻布置的方框形槽孔，借助四個(gè)方形鍵將整個(gè)吊籃部件和壓緊部件一起與壓力容器定位，從而保證燃料組件和控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)中，限制吊籃部件周向轉(zhuǎn)動(dòng)。吊籃筒體的上段與冷卻劑出口密封法蘭焊在一起，以便將進(jìn)出口冷卻劑分隔。吊籃筒體下端底板的外表面周向均勻布置有四個(gè)定位鍵，它與固定在壓力容器內(nèi)壁的四個(gè)凸緣槽相配作為輔助定位支承，以防止吊籃下部因水力沖擊等原因所造成的擺動(dòng)。

吊籃筒體

83

下柵板組件

下柵板組件由堆芯下柵（格）板、流量分配板和可調(diào)整的支承柱組成。燃料組件直立在下柵板上，每個(gè)燃料組件下端的定位銷孔與下柵板上的定位銷相配，使燃料組件在堆芯內(nèi)精確定位。為提高下柵板的剛性，保持板面平直，在下柵板與吊籃底板之間設(shè)有一定數(shù)目可調(diào)整的支承柱。下柵板通過其周邊四個(gè)均勻布置的定位鍵槽與吊籃定位。為使冷卻劑按一定流量分配要求對(duì)燃料組件進(jìn)行冷卻，在下柵板與吊籃底板之間設(shè)置流量分配板。根據(jù)中子測(cè)量要求，下柵板組件上設(shè)有中子通量測(cè)量導(dǎo)管，并與燃料組件中心的通量測(cè)量套管相配合。

壓水堆本體結(jié)構(gòu)課件84圍板組件堆芯圍板和幾塊沿軸向外邊是圓形內(nèi)邊是直角的曲折形狀的幅板。用螺釘連接組成圍板組件，并用螺釘和銷釘裝在吊籃內(nèi)壁上，從而將堆芯包圍起來，使冷卻劑流經(jīng)堆芯，更有效地將燃料組件的釋熱帶出。圍板外圍的水通過幅板上的小孔緩緩自下而上流動(dòng)，帶走熱量。熱屏蔽組件

熱屏蔽組件是具有一定厚度的不銹鋼圓筒，它吊掛在吊籃相應(yīng)于堆芯部位的筒體外壁上，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，可以是整體圓筒形或四塊瓦片狀的局部圓筒形。它的作用是與吊籃筒體在一起，屏蔽從堆芯射出的中子和射線，減弱中子和射線對(duì)壓力容器的輻照損傷和熱應(yīng)力。圍板組件85防斷支承組件防斷支承組件由支柱、緩沖器、防斷中板和防斷底板組成。一種安全裝置，用來防止吊籃斷裂而造成的事故。結(jié)構(gòu)布置上使防斷支承的底板與反應(yīng)堆壓力容器下封頭底面在熱態(tài)時(shí)仍保持有十幾毫米的間隙。這樣，一旦吊籃發(fā)生斷裂，堆芯突然垂直下落時(shí)，四只緩沖器依靠單薄的截面所產(chǎn)生的變形而耗去沖擊能量，從而防止壓力容器受沖擊而損壞。吊籃下落十幾毫米，相當(dāng)于控制棒抽出堆芯相應(yīng)的高度，而這個(gè)高度的控制棒當(dāng)量不致于造成反應(yīng)堆超臨界事故。

防斷支承組件86壓緊部件也稱堆芯上支承構(gòu)件。壓緊部件包括壓緊支承組件，導(dǎo)向筒組件及壓緊彈簧等。壓緊部件主要用來壓住燃料組件，以防止燃料組件因水力沖擊發(fā)生上下跳動(dòng)，同時(shí)對(duì)控制棒起導(dǎo)向作用并引導(dǎo)冷卻劑流出堆芯。上支承構(gòu)件通常組裝成一個(gè)整體，以便在反應(yīng)堆裝卸燃料時(shí)，該構(gòu)件能作整體吊裝。

二、壓緊部件二、壓緊部件87壓緊部件結(jié)構(gòu)示意圖壓緊部件結(jié)構(gòu)示意圖88壓緊支承組件壓緊支承組件由壓緊頂帽、支承筒和堆芯上柵板等組成。壓力容器上主螺栓的擰緊力通過壓緊支承組件傳給燃料組件上管座的彈簧，從而將燃料組件壓緊。壓緊頂帽有帽式，也有平板式。堆芯上柵板是薄的圓板，板上設(shè)有導(dǎo)向筒組件的定位銷孔。上柵板的流水孔和下柵板一樣，它們都與每個(gè)燃料組件的位置一一對(duì)應(yīng)。此外，上柵板設(shè)置有向下的定位銷以壓配每個(gè)燃料組件上管座的定位孔，使燃料組件上端壓緊定位。支承筒是壓緊頂帽和堆芯上柵板之間的連接件。它的作用是使兩板保持機(jī)械載荷。壓緊支承組件89導(dǎo)向筒組件