НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Сатин А.А.

УДК  05.14.00 

satin86@inbox.ru

МГТУ им. Н.Э. Баумана

1. Введение

В настоящее время для подтверждения характеристик новых тепловыделяющих элементов (твэлов) в условиях реакторного облучения проводят испытания в исследовательских реакторах. Однако условия в них не в полной мере отражают специфику реактора ВВЭР-1000.  Вследствие этого сложно оценить, как поведет себя твэл при планируемых величинах выгорания, достигаемых 70 МВт×сут/кг т.я. [1]. Отмеченное обстоятельство определило актуальность разработки экспериментальной тепловыделяющей сборки (ТВС‑Э), выполненной в ОКБ «Гидропресс».

Внедрение ТВС-Э позволит точно описать поведение оболочки и топливных таблеток при достижении выгорания в твэлах более 70 МВт×сут/кг т.я. в условиях реактора ВВЭР‑1000. При этом загрузка одной ТВС-Э практически не оказывает влияние на нейтронно-физические характеристики активной зоны.

2. Описание конструкции ТВС-Э

Конструкция предлагаемой ТВС‑Э отличается от конструкции штатной ТВС‑2 [2] тем, что шесть твэлов первого ряда пучка твэлов выполнены выемными (рис. 1). Они закреплены в отдельной нижней решетке выемной части и объединены специальными дистанционирующими решетками.

Рис. 1. Выемная часть ТВС‑Э:

1 – кольцо, 2 – центральная трубка, 3 – дистанционирующая решетка выемной части,

4 – твэл, 5 – нижняя решетка выемной части

Каркас выемной части создается приваркой ячеек дистанционирующей решетки к центральной трубке (аналогично приварке ячеек дистанционирующей решетки к направляющим каналам в ТВС-2). Ячейки дистанционирующей решетки выемной части аналогичны периферийным ячейкам штатной дистанционирующей решетки. Для их изготовления используется труба с толщиной стенки 0,25 или 0,3 мм. По периметру ячейки выемной части стягиваются фигурным ободом из листа толщиной 0,25 или 0,3 мм, высотой на 10 мм большей штатного обода. В центральной части опорной решетки ТВС-2 или ТВС-2М [3] выполнен вырез для размещения нижней решетки выемной части. Центральная трубка (рис. 1), на которой крепятся дистанционирующие решетки, по конструкции аналогична применяемой в ТВС-2М, но имеет кольцо, закрепленное с помощью сварки, необходимое для извлечения выемной части.

3. Описание операции по замене выемной части на стенде инспекции и ремонта

Твэлы  выемной части ТВС-Э могут быть облучены до выгорания более  70 МВт×сут/кг т.я. в условиях реактора ВВЭР-1000. Для этого ТВС-Э устанавливается в активную зону и эксплуатируется в течение первой кампании как штатная ТВС. После этого она извлекается из активной зоны при перегрузке реактора и перемещается в малый отсек бассейна выдержки, где устанавливается в стандартную ячейку.  Далее на стенде инспекции и ремонта, находящемся в этом отсеке, осуществляется извлечение выемной части из отработавшей ТВС-Э и установка этой выемной части в свежую ТВС-Э без выемной части. Важно отметить, что не требуется радикального изменения конструкции стенда инспекции и ремонта, а достаточно модификации цанги модуля захвата твэлов (рис.2). После этого перегрузочной машиной новая ТВС-Э с частично облученной выемной частью устанавливается в активную зону.

Рис. 2. Цанга модуля захвата выемной части ТВС-Э:

1 – толкатель, 2 – цанга;

а – положение цанги при захвате выемной части,

                                              б – положение цанги в свободном положении                                            

4. Выполненные расчетные обоснования ТВС-Э

Обоснование предложенной ТВС‑Э выполнено с использованием отраслевого программного обеспечения:

·         расчеты выгорания и энерговыделения выполнены в программном комплексе Сапфир_95&RC [4,5];

·         расчеты запасов до кризиса кипения, а также потерь давления определены с помощью программного комплекса Пучок‑1000 [6].

Расчет с использованием программного комплекса Сапфир_95&RC  показал, что для времени  2560 эф. суток выгорание в выемной части после перестановки составит 72,76 МВт×сут/кг т.я. (рис.3).

Рис. 3 Выгорание в твэлах выемной части в течение двух кампаний

Энерговыделение в начале второй кампании в ТВС‑Э с облученной выемной частью практически соответствует энерговыделению штатной ТВС (рис. 4). Отличие в том, что у ТВС‑Э в твэлах выемной части коэффициент неравномерности энерговыделения по радиусу К_r  составляет 0,66–0,73, в то время как в штатной ТВС в этих же твэлах он равен 1,07–1,12.  Видимых различий в энерговыделении по высоте в среднем по ТВС не наблюдалось.

Рис. 4.  Коэффициент К_r  в ТВС-Э с выемной частью, облучаемой пятый год

Посчитанные по программе Пучок‑1000 коэффициенты запаса до кризиса кипения в свежей ТВС-Э  с частично облученной выемной частью составили величины большие единицы. На рис. 5 представлены зависимости коэффициента запаса до кризиса кипения по высоте активной зоны в наиболее напряженных ячейках, которые расположены вокруг направляющих каналов в части ТВС, расположенной ближе к центру активной зоны.

Рис. 5. Запас до кризиса кипения K_зап в наиболее напряженных ячейках

5. Выводы

Таким образом, внедрение данной конструкции ТВС позволит выполнять обоснование оболочек из новых сплавов с проведением полной отработки конструкции твэла. При этом испытания будут наиболее приближены по физическим и теплогидравлическим характеристикам,  термомеханическим и вибрационным нагрузкам, а также по условиям водно-химического режима к реакторным условиям ВВЭР‑1000.

Список используемой литературы

1.        Куракин К.Ю., Ананьев Ю.А., Горохов А.К., Васильченко И.Н. и др. Перспективы повышения эффективности использования топлива в рамках проекта АЭС-2006. [Электронный ресурс]  Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР – 2007: Материалы научно-технической конференции/ ОКБ «Гидропресс», Подольск , 2007 – Режим доступа: http://www.grpress.podolsk.ru/publications/conferences/mntk2007/disc/autorun/index-ru.htm

2.        Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н., Активные зоны для ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004.

3.        Драгунов Ю.Г., Рыжов С.Б., Васильченко И.Н., Кобелев С.Н., Вьялицын В.В. Проект активной зоны для РУ АЭС-2006. Материалы конференции: Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР. ФГУП ОКБ ГИДРОПРЕСС, 2007.

4.        Программа для ЭВМ. Программа расчета констант топливных решеток реакторов ВВЭР, САПФИР_95.1, ФГУП НИТИ им. А.П.Александрова, 2005 (аттестационный паспорт ╧205 от 15.12.2005).

5.        Программа для ЭВМ. Программа расчета нейтронно-физических характеристик активной зоны реакторов ВВЭР, САПФИР_95&RC_ВВЭР, ФГУП НИТИ им.А.П.Александрова, 2005 (аттестационный паспорт ╧206 от 15.12.2005).

6.        Программа для ЭВМ. Расчет запасов до кризиса теплоотдачи в пучках тепловы­деляющих стержней, ПУЧОК-1000, 8624607.00463, ОКБ "Гидропресс", 1997.