Как работает АЭС. Часть 1. Реактор
Начинаю короткую серию научно-популярных уроков об устройстве атомных электростанций, базирующихся на реакторе типа ВВЭР. Информацию постараюсь донести очень простым языком при помощи большого количества картинок и короткой описательной части к каждой из них. Представленная информация является обобщенной для станций с водо-водяными реакторами и не ссылается на какой-либо конкретный проект, так что возможны несоответствия, однако, основная часть текста ориентируется на проект АЭС-2006 с реактором ВВЭР-1200.
Каждый из уроков будет логическим продолжением предыдущего с точки зрения технологии работы атомной станции и сегодня рассмотрим устройство ядерного реактора.
Как работает АЭС. Часть 1. Реактор.
Любой водо-водяной ядерный энергетический реактор имеет стальной корпус, в котором располагается внутрикорпусное оборудование. Ниже фото корпуса.
Рисунок 1. Фото корпуса реактора
Конечно, нет производственных мощностей для создания такой цельнокованой громадины, поэтому корпус сварной и состоит из отдельных обечаек. Обозначил их цифрами.
Рисунок 2. Обечайки корпуса реактора
Коротко о каждой из них:
1) Эллиптическое днище
2) Нижняя обечайка
3) Верхняя обечайка
4) Опорная обечайка. Уже интереснее. На ней есть бурт, на котором реактор “крепится и висит” в шахте реактора. Крепится на опорной ферме бетонной шахты, в которой располагается реактор.
Рисунок 3. Бурт опорной обечайки
Ниже красным выделил место крепления бурта опорной обечайки и бетонной шахты реактора, в которой он располагается.
Рисунок 4. Реактор в шахте
Далее про обечайки.
5) Нижняя обечайка зоны патрубков
В ней располагаются патрубки для входа теплоносителя(воды) в реактор. Патрубков в сумме 4. Фото ниже.
Рисунок 5. Нижняя обечайка зоны патрубков
Почему 4 входа теплоносителя в реактор? Потому что один реактор работает на 4 парогенератора.
Рисунок 6. В центре реактор и 4 пары из парогенератора и главного циркуляционного насоса качающего воду.
Вход и выход воды в реакторе осуществляется с 4 направлений. Сложно сделать один большой парогенератор(о нем в следующем уроке) и поэтому сделано 4 маленьких.
6) Верхняя обечайка зоны патрубков.
Такая же, что и нижняя, но для выхода теплоносителя наружу уже нагретой воды из реактора. Так же в ней есть 4 патрубка для САОЗ (в следующих уроках, в двух словах в случае аварии через них реактор зальют дополнительной водой с поглощающей ядерную реакцию добавкой) и один патрубок для контрольно-измерительных приборов.
Рисунок 7. Верхняя обечайка зоны патрубков. Стрелкой указан патрубок для САОЗ
7) Фланец корпуса.
К нему крепится крышка реактора (блок верхний) при помощи шпилек. При необходимости крышку (далее блок верхний) снимают для доступа к активной зоны реактора(ремонт, перегрузки топлива).
Так же на нем есть кольцо упорное, для восприятия радиальной нагрузки. Простыми словами, за него реактор держится с шахтой так, чтобы он не вращался вокруг своей оси, а упорное, повторюсь, для того чтобы реактор не падал вниз.
Рисунок 8. Фланец корпуса.
Рисунок 9. Красное – кольцо упорное и упорная ферма шахты, на которой держится реактор. Синее – опорное кольцо с опорной фермой.
Для целостности картины далее фото реактора с верхним блоком.
Рисунок 10. Серая часть – блок верхний
Внутри корпуса между верхней и нижней обечайкой патрубков приварено разделительное кольцо. Оно “прислоняется” к шахте внутрикорпусной (не бетонная, уже внутри корпуса) и не позволяет воде из нижнего патрубка напрямую попасть в верхний, а вынуждена идти через всю активную зону.
Рисунок 11. Кольцо разделительное.
С корпусом разобрались, теперь об оборудовании внутри корпуса.
Сначала в корпус помещают шахту внутрикорпусную, которая нужна для обеспечения правильной циркуляции теплоносителя в реакторе, защиты корпуса от изучения, на ней устанавливаются хвостовики тепловыделяющих сборок и в принципе в ней уже находится остальное оборудование. У меня она вызывает ассоциации с нательной рубашкой реактора, не знаю почему.
Шахта имеет перфорации (дырки). Через которую теплоноситель попадает внутрь шахты и выходит наружу к выходным патрубкам корпуса.
Рисунок 12. Шахта реактора. Синим указана перфорация.
Снизу шахты есть плита с опорами, на которые “ставятся, крепятся” хвостовики ТВС.
Рисунок 13. Корпус и шахта. Захватил ещё выгородку, о ней дальше. Красное – опоры.
Вот опоры ближе. Плита выше эллиптического днища, а в ней опоры, которые перфорированы. Сверху они крепят тепловыделяющие сборки (далее – ТВС) за хвостовики. Перфорация нужна, так как теплоноситель движется снизу вверх сквозь, собственно, опоры и попадает на ТВС. Далее я покажу движение теплоносителя.
Выше опор внутри шахты устанавливается выгородка, которая состоит из 4 колец.
Рисунок 14. Выгородка.
Ниже реальное фото. Видно шахту, снизу опоры шахты и выгородку
Рисунок 15. Фото выгородки с шахтой.
Зачем она нужна? Во-первых она формирует правильную геометрию активной зоны реактора. Реактор цилиндрический, а ТВС с топливом шестигранные. Она своего рода переходник от “круглого к квадратному”. Так же она защищает стенки корпуса от излучения от активной зоны. Сама выгородка при этом нагревается от излучения топлива и для охлаждения в ней есть каналы, по которым движется охлаждающий её теплоноситель.
Рисунок 16. Выгородка. Красное – труба для закрепления в шахте, синие – каналы для охлаждения
Теперь можно загружать топливо. Оно находится в ТВС (тепловыделяющая сборка).
Рисунок 17. ТВС
Рисунок 18. Элементы ТВС.
ТВС состоит из головки, которая сверху подпирается блоком защитных труб от всплытия, а так же при загрузке/выгрузке обеспечивает сцепку с перегрузочными аппаратами. Нижняя часть – хвостовик, который ставится в опору шахты и обеспечивает правильное расположение ТВС.
Чертеж твэла ниже.
Рисунок 19. Твэл.
Простыми словами это бесшовная трубка с топливными таблетками (3) и пружиной (5), которая их поджимает.
В некоторых ТВС есть каналы, в которых располагаются не твэлы, а стержни СУЗ, необходимые для регуляции ядерной реакции. Для понижения ядерной реакции СУЗы опускаются в активную зон, а для повышения – наоборот.
Отдельных стержней СУЗ в активной зоне нет, только в составе ТВС. Фото, к сожалению, не нашел.
Далее ТВС и выгородку накрывает блок защитных труб.
Рисунок 20. Фото блока защитных труб.
Стенки у корпуса перфорированные, чтобы теплоноситель проходил насквозь.
Сам он представляет из себя трубы, в которых находятся штанги приводов, которые двигают СУЗы и контрольно-измерительные приборы. Название говорит само за себя, трубы защищают это дело от воздействия давления и излучения реактора.
Рисунок 21. Чертеж блока защитных труб
И в конце все это дело накрывается верхним блоком.
Рисунок 22. Блок верхний.
Он состоит из крышки, которая крепится к фланцу корпуса и обеспечивает герметичность внутри реактора, патрубков для штанг СУЗ и систем контрольно-измерительных приборов. Иными словами, эти патрубки – продолжение от блока защитных труб.
Рисунок 23. Чертеж блока верхнего
В нем же располагается привода двигающие СУЗ и прочая электроника. В самом верху есть траверса для захвата при снятии верхнего блока с целью ремонта или перегрузок.
И на конец чертеж со всем оборудованием.
Рисунок 24. Цельный чертеж реактора.
И теперь как движется теплоноситель. Он попадает через входной патрубок, движется вниз между корпусом и шахтой (вверх не идет, так как там ему преграждает путь разделительное кольцо, проходит через перфорацию в шахте снизу, движется вверх через перфорацию в опорах, попадает в активную зону, где его нагревают ТВС, далее движется вверх до блока защитных труб, выходит через перфорацию в стенках его корпуса, далее через перфорацию в шахте в области верхнего выходного патрубка и выходит через верхний патрубок.
На этом касательно реактора всё.
Cпасибо всем за внимание. Хотелось бы воспользоваться возможностью и прорекламировать канал в телеграме, который я недавно создал. Большие статьи буду выкладывать и здесь, но там будут так же мои небольшие заметки касательно атомной энергетики.