cap1000堆内构件结构介绍 - 国家核电学习系统

,CAP1000堆内构件结构介绍,2014.7.17,堆内构件概述功能描述法规、规范和标准设备分级堆内构件设计参数结构介绍CAP1000堆内构件设计演变CAP1000堆内构件结构特点,一、目 录,一、堆内构件概述,堆内构件是反应堆本体结构中的重要设备之一，其安装在反应堆压力容器内，容纳并支承堆芯，与反应堆压力容器、控制棒驱动机构、燃料组件及相关组件等设备组合在一起实现反应堆功能。 根据ASME 第三卷 NG分卷，按部件执行功能划分，可以将堆内构件划分为堆芯支承结构(CSS)和内部结构(IS)：,反应堆本体结构,堆芯支承结构是指在反应堆压力容器内为直接支承或约束堆芯（燃料组件和相关组件）而设计的结构或结构零件。主要由上部堆芯支承结构和下部堆芯支承结构组成。,一、堆内构件概述,上部堆芯支承结构,下部堆芯支承结构,一、堆内构件概述,内部结构是指反应堆压力容器内除了堆芯支承结构、燃料组件和相关组件、控制组件和仪表以外的所有结构。,堆内测量格架组件 堆芯围筒组件 二次支承结构 法兰端塞,中子屏蔽板 导流围板组件 压紧弹性环 辐照监督管支架,导向筒组件,一、堆内构件概述,从堆内构件结构上进行划分，堆内构件可以划分为上部堆内构件、下部堆内构件、压紧弹性环及导流围板组件等。,二、功能描述,堆内构件的主要功能如下： 为燃料组件和控制棒组件提供支承、定位和导向； 引导冷却剂流过堆芯，并合理分配流量； 将控制棒动态载荷、燃料组件载荷和其他载荷传递给反应堆压力容器； 在反应堆压力容器内为堆芯仪表套管组件提供支承和导向； 为反应堆压力容器提供辐照屏蔽，减轻其受到的堆芯辐照损伤； 为反应堆压力容器辐照监督管提供定位和支承； 为控制棒驱动线提供对中和导向； 为堆芯跌落提供二次支承和缓冲。,为燃料组件和控制棒组件提供支承、定位和导向；实现该功能的零部件有：上部堆芯支承结构（含上部燃料组件定位销）吊篮筒体堆芯支承下板下部燃料组件定位销,二、功能描述,二、功能描述,引导冷却剂流过堆芯，并合理分配流量；实现该功能的零部件有：吊篮筒体堆芯支承下板导流围板组件吊篮筒体出口接管顶盖冷却管,二、功能描述,为将控制棒动态载荷、燃料组件载荷和其他载荷传递给反应堆压力容器； 为堆芯跌落提供二次支承和缓冲；实现该功能的零部件有：上部堆内构件法兰吊篮筒体法兰吊篮筒体出口接管径向支承键二次支承结构,二、功能描述,在反应堆压力容器内为堆芯仪表套管组件提供支承和导向；实现该功能的零部件有：上部堆内构件支承柱组件堆内测量格架组件,二、功能描述,为反应堆压力容器提供辐照屏蔽，减轻其受到的堆芯辐照损伤；实现该功能的零部件有：吊篮筒体堆芯围筒组件堆芯支承下板,二、功能描述,为反应堆压力容器辐照监督管提供定位和支承；实现该功能的零部件有：吊篮筒体辐照监督管支架,二、功能描述,为控制棒驱动线提供对中和导向；实现该功能的零部件有：上部堆内构件上部导向筒组件下部导向筒组件燃料组件定位销堆芯上板镶块,三、法规、规范和标准,反应堆堆内构件标准化设计主要遵守的法规、规范和标准如下：HAF003-1991，核电厂质量保证安全规定HAF102-2004，核动力厂设计安全规定HAF601-2008，民用核安全设备设计、制造、安装和无损检验监督管理规定HAF602-2008，民用核安全设备无损检验人员资格管理规定HAD003/04-1986，核电厂质量保证记录制度相关国家标准等同时参考了美国的一些法规、规范和标准10CFR50相关法规RG相关管理导则(RG1.29,1.61,1.84,1.92,1.31,1.44,1.99,1.20 )ASME BPVC 第II卷,III卷NG分册,V卷,IX卷,XI卷,四、设备分级,CAP1000 堆内构件设备分级,五、堆内构件设计参数,注：上述参数来自CAP-MI01-Z0-101 R2 堆内构件设计规范书,六、结构介绍,在进行堆内构件结构特点介绍之前，向大家简单介绍一下结构设计前需要遵守的一些准则。一般来讲，有下面几个准则：选材原则：具有抗辐照、耐腐蚀、与冷却剂相容性好、塑韧性大、高温性能好、中子吸收截面和俘获截面小、导热性能好、热膨胀系数小等特点；强度准则：堆内构件强度设计应满足ASME规范 NG分卷的要求；刚度准则：根据设备功能要求，满足有关最大允许变形要求；振动准则：尽量使结构固有频率与主泵有关的激励频率错开；寿命准则：需要从腐蚀、磨损和疲劳三个方面进行评估。,六、结构介绍上部堆内构件,上部堆内构件由上部支承板组件、支承柱组件、导向筒组件、堆芯上板及堆内测量格架组件等组成。,上部支承板组件为焊接结构，由法兰、裙筒和上部支承板组成。法兰四周设有键槽与十字定位键配合，使上部堆内构件与反应堆压力容器和下部堆内构件实现对中；同时设置了24个均布的顶盖冷却管穿过的通孔，使得流经顶盖冷却管的冷却剂流入压力容器顶盖区域，冷却顶盖。上部支承板上开设69个导向筒组件孔、42个支承柱组件孔和12个流水孔。,六、结构介绍上部堆内构件,六、结构介绍上部堆内构件,支承柱组件为焊接结构，其顶部和底部分别固定在上部支承板和堆芯上板上，并在两板之间传递机械载荷。支承柱组件还为堆内测量格架组件的测量导管与导套管组件提供导向和支承。,六、结构介绍上部堆内构件,导向筒组件为控制棒组件在堆内上、下运动起导向和对中作用，主要由上部导向筒组件和下部导向筒组件组成。上部导向筒组件底部与下部导向筒组件顶部固定在上部支承板上，下部导向筒组件底部通过定位销限制在堆芯上板上，实现定位和支承。导向筒组件的孔组尺寸精密，装配精度要求较高，结构比较复杂。,六、结构介绍上部堆内构件,堆芯上板是一个厚度为76.2mm的圆板，板上设有69个导向筒组件通孔、42个支承柱通孔、46个流水孔。堆芯上板下平面安装有314个燃料组件定位销。其四周设有键槽，堆芯上板与堆芯支承下板的对中通过该键槽实现，同时限制了堆芯上板的扭转和位移。,堆内测量格架组件由堆内测量格架底板、各种支承组件及测量导管与导套管组件等组成。堆内测量格架组件通过格架底板的定位销和支承销安装在上部支承板上。格架底板上方有42个测量导管，测量导管向上布置，在格架底板上方的顶盖区域聚拢为8束，每束顶部都有一个快拆装密封组件。堆芯测量仪表通过堆内测量格架组件插入堆芯测量中子通量和堆芯出口温度，堆芯测量仪表的连接线通过快拆装密封组件引出反应堆。,六、结构介绍上部堆内构件,六、结构介绍下部堆内构件,下部堆内构件由吊篮筒体组件（含堆芯支承下板）、带涡流抑制板的防断组件、堆芯围筒组件、辐照监督管支架及中子屏蔽板等组成。,六、结构介绍下部堆内构件,吊篮筒体组件为吊挂式带法兰的薄壁圆筒，是焊接结构，由吊篮筒体法兰、吊篮筒体、吊篮出口接管、堆芯支承下板及径向支承键等组成。吊篮筒体组件上端通过吊篮筒体法兰吊挂在反应堆压力容器内壁的支承凸缘上。法兰上四周设置有十字定位键安装孔，通过十字定位键实现吊篮筒体组件与上部堆内构件和反应堆压力容器的定位；同时设置了24个均布的顶盖冷却管安装孔和8个辐照监督管端塞孔。吊篮筒体组件下端依靠径向支承键与反应堆压力容器堆芯支承块的键槽相配，来限制其周向运动。,六、结构介绍下部堆内构件,防断组件（防断组件与支承柱一起称为二次支承结构）位于吊篮筒体组件底部和反应堆压力容器底封头之间。防断组件由涡流抑制板、缓冲器及底板等组成，通过支承柱吊挂在堆芯支承下板上。防断组件是一个安全装置，当吊篮筒体组件发生假想跌落事件后，吸收作用于反应堆压力容器上的部分冲击载荷；限制吊篮筒体组件轴向位移以防止控制棒组件从堆芯中抽出；限制径向位移使堆芯与堆芯上板保持对中，以使控制棒组件能插入堆芯。涡流抑制板用于抑制冷却剂在反应堆下腔室流动产生的所有不稳定涡流。,六、结构介绍下部堆内构件,堆芯围筒组件为整体式焊接结构，由W形板组件、C形板组件、顶板、底板、连接板及半环板组成。堆芯围筒组件位于吊篮筒体组件内，座落在堆芯支承下板上，构成了堆芯的径向边界。堆芯围筒组件上端通过周向4个键槽与吊篮筒体组件上的定位键进行限位，下端通过4个定位键和12个螺栓与堆芯支承下板进行连接。堆芯围筒组件起到了从圆柱形吊篮筒体向方形燃料组件过渡的作用，同时实现了部分中子反射和辐照屏蔽功能。,六、结构介绍下部堆内构件,辐照监督管支架固定在吊篮筒体组件的外壁，用于支承和定位反应堆压力容器辐照监督管。吊篮筒体设置2个辐照监督管三联支架和1个辐照监督管二联支架，分别布置在135、225和315的方位，可供8套反应堆压力容器辐照监督样品放置。,六、结构介绍下部堆内构件,中子屏蔽板由中子屏蔽上板、中子屏蔽中板及中子屏蔽下板组成。中子屏蔽板固定在吊篮筒体的外壁，分别布置在0、90、180及270的方位，覆盖整个堆芯活性区高度。中子屏蔽板的布置需要考虑限制总辐照量来减少对反应堆压力容器不利的辐照影响。,六、结构介绍压紧弹性环,压紧弹性环将上部支承法兰和吊篮筒体法兰压紧在反应堆压力容器筒身的支承凸缘上，在运行时补偿反应堆压力容器内因振动、水力、地震或热膨胀等变化引起的变形。,六、结构介绍导流围板组件,导流围板组件是一个多孔的导流围板和支承环组成，导流围板组件通过焊接固定在反应堆压力容器下封头内表面的导流围板支承块上，导流围板使堆芯入口流量分配的均匀性达到设计要求。,七、CAP1000堆内构件设计演变,CAP1000堆内构件结构基于AP1000堆内构件设计的，它们的结构和尺寸基本一致。AP1000堆内构件是由原西屋公司设计的二、三、四环路原型堆电站发展演变而来的。AP1000堆内构件尺寸和结构与西屋以往设计的堆芯高14英尺的三环路核电站（3XL）类似，其许多设计特征又与现役核电站一致。其与3XL设计相比，燃料组件排列以及吊篮筒体的内径和外径都是相同的。主要不同之处如下：吊篮筒体长度比3XL标准设计长274.3mm(10.8inch)。全焊接结构的堆芯围筒取代先前的围-辐板结构。堆芯测量仪表由3XL从反应堆压力容器底部贯穿改为从顶部贯穿，故AP1000堆内构件下部和上部结构也相应发生变化。AP1000反应堆是4进2出，进口管嘴中心线高于出口管嘴；3XL是3进3出，进口管嘴与出口管嘴中心线处在同一高度。,七、CAP1000堆内构件设计演变,变厚度的中子屏蔽板取代等厚度的中子屏蔽板。 AP1000对导向筒组件结构进行了加强。 AP1000在反应堆压力容器底封头上增加了导流围板结构，以改善堆芯入口流量分配。吊篮筒体长度比3XL标准设计长274.3mm(10.8inch)。,八、CAP1000堆内构件结构特点,CAP1000堆内构件主要设计特点如下：堆芯测量仪表从压