Конструктивные схемы ядерных реакторов

Корпусные водо-водяные реакторы. Наиболее освоенными энергетическими реакторами, получившими широкое распространение на АЭС, являются реакторы ВВЭР, которые подразделяются на два типа: с водой под давлением (без кипения) — ВВРД и кипящий —ВВРК.

Принципиальную схему корпусного реактора с водой под давлением рассмотрим на примере реактора ВВЭР-1000 (рис. 1.2).

Рис. 1.2 Водо-водяной реактор ВВЭР-1000: 1 — съемная крышка корпуса; 2 — направляющие трубы для органов и приводов СУЗ; 3 — прижимной цилиндр; 4 — патрубок выхода теплоносителя; 5—разделительная обечайка; 6—патрубок входа теплоносителя; 7 — прижимная плита; 8 — ограничивающий пояс; 9 — корпус реактора; 10 — кассеты с твэлами; 11 — корзина активной зоны; 12 — тепловая защита корпуса; 13—опорная плита (для кассет); 14— теплоизоляция; 15—кольцевой бак с водой или «сухая» тепловая защита; 16 — кронштейны и ферма для опирання корпуса; 17 — штанга привода органов СУЗ; 18 — кольцевой уплотняющий и компенсирующий лист; 19 — облицовка помещения; 20 — чехлы для приводов органов СУЗ; 21— вход охлаждающего воздуха; 22 —выход охлаждающего воздуха

Вода циркуляционными насосами подается через нижние патрубки и по кольцевому зазору между корпусом реактора и корзиной активной зоны опускается под активную зону. При движении вниз вода охлаждает корпус, одновременно являясь дополнительной защитой его от нейтронов. Поднимаясь и проходя через зазоры между твэлами активной зоны, вода нагревается и через верхние патрубки выводится из реактора. Под активной зоной и над ней расположено различное вспомогательное оборудование: органы регулирования мощности реактора, датчики температуры и т. д.

Стержневые тепловыделяющие элементы, собранные в кассеты, монтируются в корзине, фиксирующей взаимное расположение твэлов и стержней СУЗ, элементы которой крепятся внутри корпуса. Патрубки для приварки главных трубопроводов располагаются вверху боковой цилиндрической части корпуса. Реактор в сборе опирается кронштейнами или выступами корпуса на кольцевую ферму железобетонной шахты, выполняющей функции биологической защиты.

Основные параметры отечественных реакторов с водой под давлением приведены в табл. 1.1.

Принципиальная схема кипящего реактора с внутренней сепарацией пара приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема кипящего реактора: 1 — напорная камера; 2 — камера пароводяной смеси; 3 —область отсепарированной поды и влажного пара; 4 — полость сухого пара; 1 — крышка; 2—жалюзийный сепаратор; 3—блок сепараторов; 4 —отвод пара; 5—турбосепаратор; 6 — уровень воды; 7—трубы с пароводяной смесью; 8 — крышка пароводяной камеры; 9 - отвод отсепарированной воды; 10 — стальной корпус; 11 — корзина активной зоны; 12— кассета с твэлами; 13 — опорно-разделительный узел; 14 — подвод воды от насоса; 15 — гидроприводы СУЗ

Приводы и рабочие органы СУЗ в ВВРК располагают обычно внизу активной зоны. Рабочие органы СУЗ аналогичны по конструктивному решению устанавливаемым в реакторе ВВРД (крестообразные стержни или трубки с карбидом бора, перемещаемые между топливными кассетами). Из-за меньших критических нагрузок размеры твэлов в ВВРК больше, чем в ВВРД. Активная зона расположена внутри корпуса. Над корзиной активной зоны устанавливается блок сепараторов, образующий цилиндрическую полость между активной зоной и сепараторами — камеру пароводяной смеси. Из камеры пароводяная смесь поступает в турбосепараторы, где происходит образование влажного пара (влажность до 10%). Досушивание пара производится с помощью жалюзийных сепараторов, расположенных в верхней части корпуса.

Для атомных станций теплоснабжения, которые предназначены только для отпуска горячей воды п отопления зданий в крупных населенных пунктах и в перспективе заменят промышленные котельные, разработан специальный реактор (рис. 1.4). С учетом того, что ACT должны располагаться в непосредственной близости от крупных населенных пунктов, к реакторам предъявляются повышенные требования по радиационной безопасности. Поэтому реакторная установка для ACT выполнена с интегральной компоновкой технологического оборудования. Теплообменники помещены в герметичный металлический корпус, рассчитанный на 1,5 Мпа.

Рис. 1.4. Схема реактора для ACT: 1 — теплообменник; 2 — корпус реактора; 3—страховочный корпус: 4—активная зона; 5 — тяговым участок; 6 — кольцевой зазор; 7—СУЗ

Кроме того, на случай аварийной разгерметизации корпуса предусмотрено устройство дополнительного страховочного корпуса, предназначенного для локализации протечки теплоносителя. Циркуляция водяного теплоносителя в реакторе естественная. Вода за счет разогрева в активной зоне поднимается по тяговому участку в верхнюю часть реактора, затем, опускаясь по периферийному кольцевому зазору (в нем установлены теплообменники), охлаждается и возвращается в нижнюю часть реактора под активной зоной.