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

第二章壓水堆本體結(jié)構(gòu)設(shè)計及其重型構(gòu)件的制造10/28/2022.返回結(jié)束放映第一節(jié)壓水堆本體結(jié)構(gòu)簡介第二節(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)計準(zhǔn)則第五節(jié)反應(yīng)堆壓力容器及控制棒驅(qū)動機構(gòu)第六節(jié)防止堆內(nèi)構(gòu)件振動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10/28/2022.第一節(jié)壓水堆本體結(jié)構(gòu)簡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)計要求。壓水堆本體簡化結(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)動機構(gòu)等組成的。它座落在核島安全殼大廳的下部中央。返回10/28/2022.下一頁壓水堆本體結(jié)構(gòu)圖10/28/2022.結(jié)構(gòu)圖下一頁從這個結(jié)構(gòu)圖可以看出：堆芯是反應(yīng)堆內(nèi)能進行可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的活性區(qū)，它是產(chǎn)生熱功率的源泉，它的形狀是一個圓柱形幾何體。堆芯是由上百個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(轉(zhuǎn)下頁）10/28/2022.結(jié)構(gòu)圖說明(續(xù)上頁）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口接管進入，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，在這過程中冷卻吊籃、熱屏蔽層和反應(yīng)堆壓力容器壁，到達反應(yīng)堆壓力容器底部后，改變方向向上流經(jīng)堆芯時，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，去推動汽輪機運轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。下面從堆芯開始，由里向外，對壓水堆本體結(jié)構(gòu)逐層進行研究。上一頁返回10/28/2022.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后，放在吊籃筒體的下部，吊籃筒體吊掛在堆的冷卻劑進、出口接管上方壓力容器的凸肩上（見圖2－１）。堆芯設(shè)計的好壞對核島的安全性、經(jīng)濟性和先進性有很大的影響。一般來說，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10/28/2022.結(jié)構(gòu)圖返回10/28/2022.堆芯設(shè)計基本要求返回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)濟性;3.有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動阻力;4.有較長的堆芯壽命,以適當(dāng)減少換料操作次數(shù);5.堆芯結(jié)構(gòu)緊湊,換料操作很簡易方便.10/28/2022.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)計燃料棒時，芯塊與包殼之間應(yīng)留有徑向和軸向間隙。徑向間隙用來補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。軸向間隙除了起補償作用外，還用來貯存燃料釋放出來的裂變氣體，如氪和氙。此外，為了降低運行過程中包殼的內(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，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以及停堆換料時的一個大氣壓力）相匹配，防止包殼破損。返回10/28/2022.燃料棒示圖返回10/28/2022.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大而引起的收縮變形。芯塊兩端做成凹碟形，以便補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10/28/2022.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，包殼的壁厚比過去的略有增加，以提高包殼的強度。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，用來減少芯塊的軸向傳熱，從而減少端塞的熱應(yīng)力。10/28/2022.壓緊彈簧端部的壓緊彈簧用來防止燃料棒在運輸、吊裝和運行過程中芯塊的移動，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，用來密封元件并起吊耳和支承作用。10/28/2022.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)測量導(dǎo)管、上管座和定位格架組合成一個整體的燃料組件骨架，再把264根燃料棒逐個地從骨架下端插入，最后將下管座裝在導(dǎo)向管下端，用螺紋連接并點焊牢。這就是燃料組件的組裝工藝過程。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)測量導(dǎo)管，共計289個柵位。其排列方式如圖２－４所示。返回10/28/2022.燃料組件組成下管座導(dǎo)向管定位格架上管座10/28/2022.返回10/28/2022.下管座是用304型不銹鋼制成的箱式結(jié)構(gòu)，用來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。10/28/2022.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)測量導(dǎo)管，可用來引進測量裝置。返回定位格架定位格架是燃料棒徑向定位件，用來夾持燃料棒和加強燃料棒剛性。其結(jié)構(gòu)對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)通過實驗來確定。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)。燃料棒沿長度方向按一定間隔布設(shè)8排定位格架。10/28/2022.大型壓水堆正方形柵格返回10/28/2022.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10/28/2022.控制棒組件的結(jié)構(gòu)與特點

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，以便自由落棒時起緩沖和制動作用。連接柄端部用螺紋與驅(qū)動機構(gòu)傳動軸上的可拆接頭連接。這種控制棒組件有如下特點：（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，控制棒提升時的空腔效應(yīng)??；（3）由于單根控制棒細(xì)而長，增大了撓性，因而保證控制棒與導(dǎo)向管對中的前提下，可相對放寬裝配工藝要求，而不致引起卡棒現(xiàn)象。返回10/28/2022.控制棒組件的典型結(jié)構(gòu)返回10/28/2022.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，在堆芯整個壽期內(nèi)要有足夠強度的中子源。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，也稱為一次源。（２）銻－鈹（Ｓb-Ｂe）源這種中子源用于堆運行過程中的再次啟動，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10/28/2022.堆芯相關(guān)組件中子源可燃毒物棒阻力塞返回10/28/2022.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。見圖２－６中的②。10/28/2022.堆芯各組件的布置方案法國壓水堆核電廠的堆芯各組件的布置方案10/28/2022.堆芯各組件的布置方案秦山二期核電站堆芯裝載圖10/28/2022.堆芯各組件的布置方案返回10/28/2022.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、堆芯測量支承構(gòu)件及輻照監(jiān)督裝置等。壓水堆核電廠對堆內(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)進入反應(yīng)堆的冷卻劑通過堆芯，限制旁通流量與減少泄漏量；合理地分配進入堆芯冷劑流量；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10/28/2022.一、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，為控制棒運動導(dǎo)向和為堆芯測量部件提供導(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10/28/2022.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10/28/2022.導(dǎo)向管支承板導(dǎo)向管支承板是一個焊接構(gòu)件，由一塊厚鋼板、一個法蘭和一個圓筒組成。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。所有堆芯測溫?zé)犭娕紝?dǎo)管集裝到幾個熱電偶管座上，管座固定在導(dǎo)向管支承板上，并通過壓力容器頂蓋上的管座及管座頂端的密封機構(gòu)穿出壓力容器。返回10/28/2022.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級壓水堆核電廠所用的上柵格板見圖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、制造準(zhǔn)則，嚴(yán)格控制設(shè)計與制造質(zhì)量。返回10/28/2022.上柵格板圖返回10/28/2022.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，加工時要嚴(yán)格保證其長度精度。返回10/28/2022.控制棒導(dǎo)向組件控制棒導(dǎo)向組件是一個比較精密的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，尺寸精度要求也高，左圖就是一個控制棒導(dǎo)向組件。返回10/28/2022.二、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，以便進行壓力容器的在役檢查。返回10/28/2022.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)測量導(dǎo)管下一頁10/28/2022.堆芯下部支承構(gòu)件圖2返回上一頁10/28/2022.１．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10/28/2022.２．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堆芯快中子的輻照防護，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）加強這種防護。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10/28/2022.３．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，從而達到充分冷卻燃料組件的目的。返回10/28/2022.４．下柵格板

下柵格板直接支承整個堆芯的重量，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下述兩種途徑傳遞給堆芯吊籃筒體：通過周邊，支承在一個與吊籃筒體下部相焊接的圓筒上；通過支承柱，將力分配到吊籃筒體下部的支承板上。返回10/28/2022.下柵格板組件圖返回10/28/2022.５.流量分配孔板流量分配孔板用于分配進入堆芯的冷卻劑流量。我國秦山核電廠所用的下柵格板與流量分配孔板組焊成一個整體，稱為下柵格板組件。它們的結(jié)構(gòu)如圖３－１２所示。返回10/28/2022.６．二次支承組件和堆內(nèi)測量導(dǎo)管二次支承組件由一塊厚的底板、二次支承板、堆芯支承柱和多個堆內(nèi)測量導(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，通過堆芯支承柱和多個堆內(nèi)測量導(dǎo)管懸掛在下柵格板的底面之下。返回10/28/2022.第四節(jié)

堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計準(zhǔn)則堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計準(zhǔn)則是設(shè)計壓水堆核電廠堆內(nèi)構(gòu)件的指令性文件。在設(shè)計堆內(nèi)構(gòu)件時，必須嚴(yán)格執(zhí)行該設(shè)計準(zhǔn)則。除了該準(zhǔn)則外，其余的設(shè)計工作，如結(jié)構(gòu)要素、幾何尺寸、強度設(shè)計等設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法，與通用機械的設(shè)計完全一樣。因此，本節(jié)重點介紹標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計準(zhǔn)則。一、機械設(shè)計準(zhǔn)則二、結(jié)構(gòu)設(shè)計準(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10/28/2022.一、機械設(shè)計準(zhǔn)則１．設(shè)計載荷２．設(shè)計溫度３．應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則４．應(yīng)力強度設(shè)計限值５．變形準(zhǔn)則返回10/28/2022.１．設(shè)計載荷（１）對工況Ⅰ和工況Ⅱ，堆內(nèi)構(gòu)件應(yīng)在下列設(shè)計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、控制棒落棒時的沖擊載荷等）；反應(yīng)堆冷卻劑沖擊和流動所產(chǎn)生的載荷；熱效應(yīng)、溫度梯度和熱脹差所引起的載荷；振動載荷；在換料或在役檢查中承受的操作載荷。（２）對工況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對堆內(nèi)構(gòu)件瞬態(tài)作用的載荷。返回10/28/2022.２．設(shè)計溫度設(shè)計溫度不得低于正常運行時整個壁厚所出現(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)計溫度時必須考慮這種影響。返回10/28/2022.３．應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)則（１）確定應(yīng)力強度理論的依據(jù)為最大剪應(yīng)力理論。（２）設(shè)計應(yīng)力強度值Ｓm為下列各值中的最小者：１）對鐵素體鋼：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設(shè)計溫度下抗拉強度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３；設(shè)計溫度下屈服強度的２／３。２）對奧氏體鋼、鎳－鉻－鐵合金、鎳－鐵－鉻合金：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設(shè)計溫度下抗拉強度的１／３；室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３；設(shè)計溫度下屈服強度的90％，但不超過室溫下規(guī)定的最小屈服強度的２／３。３）對螺栓堅固件材料：室溫下規(guī)定的最小抗拉強度的１／３；設(shè)計溫度下屈服強度的１／３。返回10/28/2022.４．應(yīng)力強度設(shè)計限值（1）（１）對工況Ⅰ和工況Ⅱ：１）總體一次薄膜應(yīng)力強度不大于設(shè)計溫度下的１．０Ｓm。２）總體一次薄膜和一次彎曲應(yīng)力強度不大于１．５Ｓm。３）總的一次和二次應(yīng)力強度之和不大于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)計溫度下的材料屈服強度以內(nèi)。當(dāng)距自由端的距離大于施加支承載荷的距離時，平均支承應(yīng)力允許達到材料屈服強度（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)力強度，也即當(dāng)量應(yīng)力，這里為第三強度理論所得。下一頁10/28/2022.４．應(yīng)力強度設(shè)計限值（2）６）螺栓堅固件的應(yīng)力限值a.僅由設(shè)計機械載荷產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力強度不超過設(shè)計溫度下的１．０Ｓm；b.對堅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)計溫度下材料屈服強度的0.9Ｓy或材料抗拉強度（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）對工況Ⅲ１）總體一次薄膜應(yīng)力強度不大于１．５Ｓｍ。２）總體一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強度不大于2.25Ｓｍ。返回10/28/2022.５．變形準(zhǔn)則（１）在正常運行載荷加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冷卻堆芯，并有足夠多的控制棒插入堆芯。返回10/28/2022.１．堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)材料和焊接材料必須符合國標(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)計應(yīng)確保其功能要求。在此前堤下，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單可靠，盡量減少機械連接件的數(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)動線試驗中驗證其可行性及可靠性。５．堆內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須做到在換料及反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)表面在役檢查時能整體吊裝，必須滿足能遠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)置松動件的監(jiān)測系統(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)計準(zhǔn)則返回10/28/2022.三、與反應(yīng)堆本體其它部件的接口準(zhǔn)則１．堆內(nèi)構(gòu)件的對中應(yīng)滿足控制棒驅(qū)動線的對中要求。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，既要在冷卻時有適當(dāng)間隙，又要防止熱態(tài)過盈。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。返回10/28/2022.四．技術(shù)文件設(shè)計單位應(yīng)提供下列技術(shù)文件：技術(shù)圖紙及說明書；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、機加工等）、檢驗技術(shù)文件（包括超聲、射線、滲透、目視）以及清洗、裝配、包裝、運輸、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10/28/2022.第五節(jié)反應(yīng)堆壓力容器及控制棒驅(qū)動機構(gòu)一、反應(yīng)堆壓力容器二、控制棒驅(qū)動機構(gòu)返回10/28/2022.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，并提供安全運行所必須的堆芯控制和堆內(nèi)測量的導(dǎo)向和定位。反應(yīng)堆壓力容器屬安全一級設(shè)備。該設(shè)備的失效將導(dǎo)致堆芯冷卻劑流失。在各種運行工況和試驗條件下，壓力容器均應(yīng)保持其結(jié)構(gòu)的完整性。反應(yīng)堆運行時，反應(yīng)堆壓力容器處于高溫（約320℃）、高壓（約15.8ＭＰa）、強輻照、強腐蝕等環(huán)境下，其設(shè)計制造要求很嚴(yán)格。反應(yīng)堆壓力容器的設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計方法學(xué)內(nèi)容見第三章。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10/28/2022.反應(yīng)堆壓力容器技術(shù)參數(shù)10/28/2022.10/28/2022.嶺澳核電站二期反應(yīng)堆壓力容器10/28/2022.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10/28/2022.一、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.過渡環(huán)7.底封頭返回10/28/2022.二、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)進行密封。在靠堆芯一側(cè)的Ｏ形環(huán)表面上，沿周向開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)堆運行時，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，達到密封效果。返回10/28/2022.控制棒驅(qū)動機構(gòu)簡介(1)控制棒驅(qū)動機構(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)動機構(gòu)，故需要與控制棒組件數(shù)目相同的驅(qū)動機構(gòu)。其工作原理和具體結(jié)構(gòu)、型式的設(shè)計將在第五章詳述?？刂瓢趄?qū)動機構(gòu)的功能是根據(jù)堆控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)的指令，驅(qū)動控制棒組件從堆芯提升、保持在某一給定位置上（簡稱保持）、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)動機構(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（簡稱事故快插、事故落棒）等任務(wù)。下一頁返回10/28/2022.田灣核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動系統(tǒng)外觀圖10/28/2022.反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動系統(tǒng)外觀圖10/28/2022.反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動系統(tǒng)外觀圖10/28/2022.嶺澳核電站反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動系統(tǒng)10/28/2022.秦山二期核電站控制棒驅(qū)動系統(tǒng)10/28/2022.控制棒驅(qū)動機構(gòu)簡介(2)控制棒驅(qū)動機構(gòu)應(yīng)滿足如下的基本要求：反應(yīng)堆正常運行時，確保控制棒按設(shè)計速度提升或下降，動作應(yīng)準(zhǔn)確無誤；事故情況下，嚙合處能迅速自動脫開和按時快速落棒；穩(wěn)定運行時，控制棒應(yīng)被夾持而停留在一定位置上。驅(qū)動機構(gòu)耐殼的設(shè)計壓力應(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的能力。具有足夠的設(shè)計奉命。結(jié)構(gòu)緊湊，裝卸、維修方便，且造價低廉。返回10/28/2022.第六節(jié)防止堆內(nèi)構(gòu)件振動的可靠性措施一、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)生振動的危害性與可能性三、防止振動的可靠性措施返回10/28/2022.一、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，一回路的主要機械設(shè)備及管道均屬于核安全１級和抗地震１類。雖然，堆內(nèi)構(gòu)件屬于核安全３級設(shè)備，但其振動卻危及反應(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)測量裝置等（見圖）。在反應(yīng)堆運行時，堆內(nèi)構(gòu)件承受著多種載荷，如壓力載荷、高溫?zé)彷d荷、機械載荷、溫度或壓力變化時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10/28/2022.堆內(nèi)構(gòu)件返回10/28/2022.二、堆內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生振動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)就會泄漏到安全殼內(nèi)。就會污染安全殼內(nèi)的所有機械設(shè)備和其中的空氣，進而傷害停堆后進入安全殼內(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、機械設(shè)計、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)計與制造，又是使堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生振動的根源。堆內(nèi)構(gòu)件一旦發(fā)生振動，會進一步擴大破裂程度。因此，防止堆內(nèi)構(gòu)件發(fā)生振動就是保證核電廠安全可靠地運行的重要環(huán)節(jié)之一。返回10/28/2022.三、防止振動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），在保護人和環(huán)境不受超過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、機械設(shè)備的設(shè)計與制造方面應(yīng)采取的措施２、熱工水力學(xué)設(shè)計的措施３、核控制方面的措施４、計算機控制方面采取的措施10/28/2022.三、防止振動的可靠性措施振動方程： 式中： M，C，K分別代表質(zhì)量、阻尼、剛度。分別代表時間、加速度、速度、位移、載荷。根據(jù)此方程，防止或減輕振動的方法可分成

改變阻尼、剛度的被動減振，改變載荷的主動減振（或隔振）。返回10/28/2022.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、我國制造反