核反应堆结构课件5-控制棒组件 哈尔滨工程大学

控制棒组件控制棒组件 l控制棒组件的概貌控制棒组件的概貌：棒束控制棒组件包括一组：棒束控制棒组件包括一组24根根吸收棒和用作吸收棒支承结构的星形架；星形架与吸收棒和用作吸收棒支承结构的星形架；星形架与安置在反应堆容器封头上的控制棒驱动机构的传动安置在反应堆容器封头上的控制棒驱动机构的传动轴相啮合。每一棒束控制棒组件有其本身的驱动系轴相啮合。每一棒束控制棒组件有其本身的驱动系统，可单独动作或若干控制棒组件编组动作。在紧统，可单独动作或若干控制棒组件编组动作。在紧急停堆时，每一棒束控制棒组件靠重力快速插入堆急停堆时，每一棒束控制棒组件靠重力快速插入堆芯，以防止发生对电厂有害的运行工况。芯，以防止发生对电厂有害的运行工况。l要求：棒束控制棒组件的数目能保证在紧急停堆时，要求：棒束控制棒组件的数目能保证在紧急停堆时，如果有一个反应性当量最高的组件不能动作亦能安如果有一个反应性当量最高的组件不能动作亦能安全停堆全停堆(卡棒准则卡棒准则)，而在电站运行时能按适当的功，而在电站运行时能按适当的功率分布控制堆功率，设计能保证在棒束控制棒组件率分布控制堆功率，设计能保证在棒束控制棒组件或其驱动机构的任何零部件发生故障时，都能防止或其驱动机构的任何零部件发生故障时，都能防止组件由堆芯弹出。棒束控制棒组件的设计寿命为组件由堆芯弹出。棒束控制棒组件的设计寿命为15年，寿命只受燃耗的限制而不受机械性能劣化的限年，寿命只受燃耗的限制而不受机械性能劣化的限制。制。 v星形架星形架l 星形架由中心毂环，翼片和下部呈圆筒形的指状物星形架由中心毂环，翼片和下部呈圆筒形的指状物等组成，它们之间用钎焊相连接。毂环上端加工有等组成，它们之间用钎焊相连接。毂环上端加工有多道凹槽，以便与传动轴相啮合并供吊装用。与毂多道凹槽，以便与传动轴相啮合并供吊装用。与毂环底端成整体的圆筒中设置有弹簧组件，以便在紧环底端成整体的圆筒中设置有弹簧组件，以便在紧急停堆时，当棒束控制棒组件与燃料组件上管座的急停堆时，当棒束控制棒组件与燃料组件上管座的连接板相撞击时吸收冲击能量。连接板相撞击时吸收冲击能量。l固定弹簧用的螺柱及弹簧托环与毂环之间用螺纹连固定弹簧用的螺柱及弹簧托环与毂环之间用螺纹连接，接，然后施焊然后施焊，以保证运行时无故障，除弹簧，以保证运行时无故障，除弹簧(因科因科镍镍718)及其支承环及其支承环(A1S1630不锈钢不锈钢)以外，星形架以外，星形架的所有部件均用的所有部件均用304型不锈钢制造。型不锈钢制造。v吸收剂棒固定在星形架吸收剂棒固定在星形架的指状物上，的指状物上，棒与指状棒与指状物之间先用螺纹连接，物之间先用螺纹连接，然后用销钉保持接点紧然后用销钉保持接点紧固，最后将销钉焊接固固，最后将销钉焊接固定定，以保证无故障运行。，以保证无故障运行。销钉位置以下的吸收剂销钉位置以下的吸收剂棒端塞直径减小，以增棒端塞直径减小，以增加棒的柔性，以便将组加棒的柔性，以便将组装时以及运行中与传动装时以及运行中与传动轴线之间的不对中效应轴线之间的不对中效应减至最小程度。减至最小程度。 v控制棒控制棒l大亚湾核电站采用两种类型的控制棒，即吸收剂棒大亚湾核电站采用两种类型的控制棒，即吸收剂棒(黑棒黑棒)和不锈钢棒和不锈钢棒(灰棒灰棒)。除了材料不同之外，所有。除了材料不同之外，所有控制棒的结构是相同的。控制棒的结构是相同的。l黑棒的吸收剂材料为银黑棒的吸收剂材料为银-铟铟-镉合金，重量百分比分镉合金，重量百分比分别为别为80、15和和5。这种合金做成挤压成形的。这种合金做成挤压成形的芯块，封装在不锈钢包壳内，两端有钨极惰性气体芯块，封装在不锈钢包壳内，两端有钨极惰性气体保护焊接的端塞，防止吸收剂材料与冷却剂接触。保护焊接的端塞，防止吸收剂材料与冷却剂接触。灰棒的材料为不锈钢，其结构形式与黑棒相似。灰棒的材料为不锈钢，其结构形式与黑棒相似。l下端塞呈子弹头形状，以便在棒束控制组件移动时，下端塞呈子弹头形状，以便在棒束控制组件移动时，吸收剂棒平稳地导向进入燃料组件中的导向管。当吸收剂棒平稳地导向进入燃料组件中的导向管。当控制棒组件完全从堆芯抽出时控制棒组件完全从堆芯抽出时(即最高位置即最高位置)，吸收，吸收剂棒的总长度能够保证棒的下端仍保持在导向套管剂棒的总长度能够保证棒的下端仍保持在导向套管之内，使吸收剂棒和导向管保持对中控制棒的上之内，使吸收剂棒和导向管保持对中控制棒的上端塞具有螺纹端头，以便与星形架的指状物相连接，端塞具有螺纹端头，以便与星形架的指状物相连接，银银-铟铟-镉或不锈钢的砌块在不锈钢包壳内，上端塞镉或不锈钢的砌块在不锈钢包壳内，上端塞下面由预紧的螺圈形弹簧压紧定位。下面由预紧的螺圈形弹簧压紧定位。l分类分类：黑棒束黑棒束控制组件所含的控制组件所含的24根吸收剂棒都是银根吸收剂棒都是银-铟铟-镉合金制的黑棒；镉合金制的黑棒；灰棒束灰棒束控制组件只含有控制组件只含有8根银根银-铟铟-镉合金制的棒，其余镉合金制的棒，其余16根为钢棒，因此吸收中根为钢棒，因此吸收中子的能力较小。子的能力较小。 l分组分组：根据运行要求，控制棒组件分为调节棒和安：根据运行要求，控制棒组件分为调节棒和安全棒两组。调节棒组件主要用来调节负荷，抵消部全棒两组。调节棒组件主要用来调节负荷，抵消部分剩余反应性，补偿运行时各种因素引起的反应性分剩余反应性，补偿运行时各种因素引起的反应性波动。安全棒组件在正常运行工况下提到堆芯之外，波动。安全棒组件在正常运行工况下提到堆芯之外，当发生紧急事故时，要求在短时间当发生紧急事故时，要求在短时间(约为约为2s)内迅速内迅速插入堆芯而停堆。此外，控制棒组件应能抑制反应插入堆芯而停堆。此外，控制棒组件应能抑制反应堆可能出现的氙振荡。堆可能出现的氙振荡。v束棒型控制组件的优点束棒型控制组件的优点是：是：棒径细、数量多，吸棒径细、数量多，吸收材料均匀分布在堆芯中，使堆芯内中子通量及功收材料均匀分布在堆芯中，使堆芯内中子通量及功率分布更为均匀；率分布更为均匀；由于单根控制棒细而长，增大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，而不致引起卡棒；而且由于对放宽装配工艺要求，而不致引起卡棒；而且由于提高了单位质量和单位体积内控制棒材料的吸收率，提高了单位质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质量；大大减少了控制棒的总质量；因为棒径小，所以因为棒径小，所以控制棒提升时所留下的水隙对功率分布畸变影响小；控制棒提升时所留下的水隙对功率分布畸变影响小；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。堆压力容器的高度。堆芯相关组件堆芯相关组件 l堆芯相关组件包括堆芯相关组件包括可燃毒物棒组件、初级中子源组可燃毒物棒组件、初级中子源组件、次级中子源组件和阻力塞组件件、次级中子源组件和阻力塞组件四种，每一种组四种，每一种组件都包括：件都包括：一个压紧组件形成的支承结构四种堆芯相关件的一个压紧组件形成的支承结构四种堆芯相关件的压紧组件结构都是相同的，它放置在燃料组件上管压紧组件结构都是相同的，它放置在燃料组件上管座的承接板上；座的承接板上； 24根棒束，每根棒的上端塞先用螺纹拧紧到压紧组根棒束，每根棒的上端塞先用螺纹拧紧到压紧组件上，然后用销钉定位，最后将销钉焊接固定。件上，然后用销钉定位，最后将销钉焊接固定。 l24根棒束中，可根棒束中，可能全部是阻力塞，能全部是阻力塞，可能是可燃毒物可能是可燃毒物棒与阻力塞的组棒与阻力塞的组合，还可能包含合，还可能包含所有四种棒，即所有四种棒，即一个组件中可包一个组件中可包括可燃毒物棒、括可燃毒物棒、初级中子源棒、初级中子源棒、次级中子源棒及次级中子源棒及阻力塞。阻力塞。 v压紧组件压紧组件 压紧组件由底板、压紧组件由底板、轭板、弹簧导向筒、内轭板、弹簧导向筒、内外两圈螺旋弹簧及销钉外两圈螺旋弹簧及销钉等组成，零部件全部用等组成，零部件全部用304型不锈钢制造型不锈钢制造 。l底板底板上留有冷却剂流经的通道，钻有插固定可燃毒物上留有冷却剂流经的通道，钻有插固定可燃毒物棒、中子源棒和阻力塞的螺纹孔，底板与弹簧导向筒棒、中子源棒和阻力塞的螺纹孔，底板与弹簧导向筒相焊，导向筒为内外两圈螺旋形压紧弹簧提供横向支相焊，导向筒为内外两圈螺旋形压紧弹簧提供横向支承。底板承放在燃料组件上管座的承接板上，而在这承。底板承放在燃料组件上管座的承接板上，而在这两块板之间留有水流通过的空间两块板之间留有水流通过的空间 l轭板轭板由弹簧导向筒的槽沟内滑动的两个销钉定位和导由弹簧导向筒的槽沟内滑动的两个销钉定位和导向，轭板与弹簧导向筒配合并且当上部堆芯板就位时，向，轭板与弹簧导向筒配合并且当上部堆芯板就位时，通过轭板压缩压紧弹簧，使堆芯相关组件定位。通过轭板压缩压紧弹簧，使堆芯相关组件定位。l在压紧组件的底板上与燃料组件导向管相应的位置上，在压紧组件的底板上与燃料组件导向管相应的位置上，加工有标准规格的螺纹孔，以便与堆芯相关部件，即加工有标准规格的螺纹孔，以便与堆芯相关部件，即可燃毒物棒、初级中子源棒、次级中子源棒和阻力塞可燃毒物棒、初级中子源棒、次级中子源棒和阻力塞等顶部的螺纹相配合；紧固之后再用销钉定位并点焊，等顶部的螺纹相配合；紧固之后再用销钉定位并点焊，并保证运行及操作过程中不会松动，而且有可能更换。并保证运行及操作过程中不会松动，而且有可能更换。 v可燃毒物组件可燃毒物组件 l功能功能：可燃毒物棒组件只：可燃毒物棒组件只用于第一燃料循环的全新用于第一燃料循环的全新堆芯，所需可燃毒物棒的堆芯，所需可燃毒物棒的数目取决于堆芯的初始总数目取决于堆芯的初始总反应性，功能是降低溶解反应性，功能是降低溶解在一回路冷却剂水中的硼在一回路冷却剂水中的硼浓度，保持慢化剂的负温浓度，保持慢化剂的负温度系数。度系数。v结构结构：可燃毒物棒为装在：可燃毒物棒为装在304型不锈钢包壳管内的型不锈钢包壳管内的一根硼玻璃管一根硼玻璃管(成分为成分为B2O3+SiO2)，硼玻璃管在内，硼玻璃管在内径全长还用薄壁径全长还用薄壁304型不锈钢管状内衬支承，内衬型不锈钢管状内衬支承，内衬用于防止玻璃管坍塌和蠕变，而两个内部构件之间用于防止玻璃管坍塌和蠕变，而两个内部构件之间允许有位移，包壳管的两端堵塞住并施密封焊。内允许有位移，包壳管的两端堵塞住并施密封焊。内外包壳之间留有足够的气隙空间，以便容纳释放出外包壳之间留有足够的气隙空间，以便容纳释放出的氦气，并限制其内压小于反应堆运行压力。的氦气，并限制其内压小于反应堆运行压力。v数量：大亚湾核电厂的首次堆芯装有数量：大亚湾核电厂的首次堆芯装有48个含个含12根可根可燃毒物棒的组件和燃毒物棒的组件和18个含个含16根可燃毒物棒的组件，根可燃毒物棒的组件，加上加上2个初级中子源棒组件中的个初级中子源棒组件中的32根，共有含根，共有含896根根可燃毒物棒的可燃毒物棒的68个组件，在第一次换料时将可燃毒个组件，在第一次换料时将可燃毒物棒组件全部卸出，换上阻力塞组件。物棒组件全部卸出，换上阻力塞组件。 v中子源组件中子源组件 l主要作用主要作用是：是：提高堆内中子通量水平，增加仪表提高堆内中子通量水平，增加仪表测量精度，为堆的安全启动提供可靠的依据；测量精度，为堆的安全启动提供可靠的依据；在在反应堆启动时起反应堆启动时起“点火点火”的作用。的作用。l工作方式工作方式：中子源设置在堆芯或堆芯邻近区域，每：中子源设置在堆芯或堆芯邻近区域，每秒钟放出秒钟放出107108个中子。依靠这些中子在堆芯内个中子。依靠这些中子在堆芯内引起核裂变反应，从而提高堆芯内中子通量，克服引起核裂变反应，从而提高堆芯内中子通量，克服核测仪器的盲区，使反应堆能安全、迅速地启动。核测仪器的盲区，使反应堆能安全、迅速地启动。l分组分组：中子源组件分为：中子源组件分为初级中子源棒组件初级中子源棒组件和和次中子次中子源棒组件源棒组件 。l初级中子源棒组件初级中子源棒组件 初级中子源棒的核心，是封装在双层钢套筒内的锎初级中子源棒的核心，是封装在双层钢套筒内的锎-252，这一套筒由下部及上部的氧化铝制间隔棒定，这一套筒由下部及上部的氧化铝制间隔棒定位，装在不锈钢包壳内位于堆芯下部约四分之一高位，装在不锈钢包壳内位于堆芯下部约四分之一高度处，包壳两端封装，上端塞顶部加工有螺纹，固度处，包壳两端封装，上端塞顶部加工有螺纹，固定到压紧组件的底板上去。定到压紧组件的底板上去。锎锎-252发生自发裂变而为监督初始堆芯装料和反应发生自发裂变而为监督初始堆芯装料和反应堆启动提供所需的中子源。初级中子源的工作寿期堆启动提供所需的中子源。初级中子源的工作寿期为制造后的为制造后的500至至1000天，该寿期与堆芯第一燃料天，该寿期与堆芯第一燃料运行周期相一致。运行周期相一致。大亚湾核电厂的首次装料有大亚湾核电厂的首次装料有2个初级中子源棒组件，个初级中子源棒组件，每个组件所含的每个组件所含的24根棒中，有根棒中，有1根初级中子源棒，根初级中子源棒，1根次级中子源棒，根次级中子源棒， 16根可燃毒物棒和根可燃毒物棒和6个阻力塞。个阻力塞。 l次级中子源棒组件次级中子源棒组件 次级中子源是利用初始非放射性的锑和铍混合物制次级中子源是利用初始非放射性的锑和铍混合物制成的芯块，从成的芯块，从304型不锈钢包壳的底部堆砌至棒的型不锈钢包壳的底部堆砌至棒的中部，上下端塞封装，里面充氦气压力至中部，上下端塞封装，里面充氦气压力至4.5MPa，以防止堆芯寿期内由于冷却剂压力而使包壳塌陷。以防止堆芯寿期内由于冷却剂压力而使包壳塌陷。次级中子源在反应堆内经中子辐照之后，锑次级中子源在反应堆内经中子辐照之后，锑-123经经历历(n，)反应放出反应放出射线并衰变为锑射线并衰变为锑-124，而铍经历，而铍经历(，n)反应，产生中子并释放氦原子核至空隙空间。反应，产生中子并释放氦原子核至空隙空间。大亚湾核电厂的首次装料中有大亚湾核电厂的首次装料中有2个次级中子源棒组个次级中子源棒组件，各有件，各有4根次级中子源棒和根次级中子源棒和20个阻力塞棒，加上个阻力塞棒，加上2个初级中子源棒组件中的个初级中子源棒组件中的2根次级中子源棒，共有根次级中子源棒，共有10根次级中子源棒，在满功率运行两个月之后，它根次级中子源棒，在满功率运行两个月之后，它们提供的中子源可在停堆们提供的中子源可在停堆12个月之后再启动反应堆。个月之后再启动反应堆。次级中子源棒在换料时保留在堆芯中。次级中子源棒在换料时保留在堆芯中。v阻力塞组件阻力塞组件 l阻力塞是用阻力塞是用304型不锈钢材料制的短钢棒，下端成子型不锈钢材料制的短钢棒，下端成子弹头形，上端部的螺纹用采固定到压紧组件的底板弹头形，上端部的螺纹用采固定到压紧组件的底板上去构成阻力塞组件。阻力塞组件设计用于封闭不上去构成阻力塞组件。阻力塞组件设计用于封闭不带有棒束控制组件、可燃毒物或启动中子源的燃料带有棒束控制组件、可燃毒物或启动中子源的燃料组件中的导向管，增加水流阻力，从而减少旁路冷组件中的导向管，增加水流阻力，从而减少旁路冷却剂流。却剂流。l前面所述的各种堆芯相关组件都包含有阻力塞，而前面所述的各种堆芯相关组件都包含有阻力塞，而只有阻力塞组件全部只有阻力塞组件全部24根棒位都是阻力塞。根棒位都是阻力塞。