第四讲 一回路主系统
之
压水堆堆内构件
压水堆的本体由反应堆堆芯、下部堆内构件、
上部堆内构件、压力容器（包括压力容器筒体及 顶盖）、控制棒组件及其驱动机构等组成。
功能：用来为堆芯组件提供支撑、定位和导向，
组织冷却剂流通，以及为堆内仪表提供导向和支 撑。
（五）堆内构件
1、下部堆内构件
（ 1 ）基本功能
Zr-2和Zr-4合金是普遍应用的包壳材料。
（2）压力容器
压力容器及其内部构件材料所要求的特性应有：
有较高的机械强度；
足够的韧性，使用时不易脆化；
高抗腐蚀性能； 导热性能好； 吸收中子少； 价格低。
压力容器一般选择含锰钼镍的低合金钢，堆内构 件选择奥氏体不锈钢。
3、压力容器的运行限制
器的支承，支承结构
采用强迫通风冷却。
此外，为保证压力容器的制造质量，对其材 料在液态及固态时要进行化学成份分析；在锻压 成形和热处理后要进行机械性能试验和超声波探 伤等等。
60万千瓦压水堆的压力容器，在制造过程比 较顺利及工艺技术比较成熟的条件下，制造周期 约为18—24个月。
顶盖的几何尺寸图
顶盖的重量 55500kg
（2）辐照对脆性转变温度的影响
快中子辐照改变了钢材的晶格结构，使钢材的机械性 能发生变化。辐照使钢材的脆性转变温度升高。因此，在 运行图上，随着反应堆运行年份的增加，即压力容器的 “老化”，压力上部限制曲线会朝高温区平移，如图2-19。 从图上看出，在反应堆正常运行5年后，把压力提高 到15.0MPa，运行温度需要在140℃；20年后，须提高到 195 ℃。
把堆芯重量传递给压力容器； 固定燃料棒、控制棒和堆内测
量仪表装置；
疏散和分配冷却剂流量； 减少 和中子对压力容器的辐
射。
（2）具体描述
下部堆内构件是堆芯的主要包容件，由以下六部分组成 （图2-9）：
堆芯吊兰和堆芯下支承板。
这部分统称堆芯支撑吊兰，用来把堆芯重量传递给 压力壳；连有三条载热剂出水管接头；堆芯支撑板被焊 接在堆芯吊兰的下部，许多孔供测量仪表的导管和水通 过；下部有四个径向导向装置与压力容器上的相对应。
磁力提升型控制棒驱动机构，主要包括驱
动轴组件、销爪组件（传递销爪和夹持销爪）、 密封壳组件、运行线圈组件（传递线圈、夹持
线圈和提升线圈）和位置指示器等。
1、6、13、19—磁通环
2—提升线圈
3 、7—抓钩线圈 4、14—衔铁复位弹簧
5、9—抓钩连杆
8—抓钩复位弹簧 10—驱动轴
11—抓钩；12—衔铁
15—抓钩极 16—移动抓钩衔铁 17—移动抓钩 18—提升衔铁 20—提升极；21—导管
控制棒的插入或抽出是这样完成的：按顺序
给三个线圈通电，以使传递销爪和夹持销爪 相继啮合或释放，从而使棒运动。当电厂运 行时，驱动机构一般仅由夹持销爪啮合而使 控制棒处于静态位置。
控制棒驱动机构在压力容器顶 盖上的布置见控制棒驱动机构 示意图。
① 自紧式金属“O”型环：一般由管径10~15mm、壁厚约1.27mm
的不锈钢管或因科镍合金弯曲制成的大圆环。靠堆芯一侧的表面， 周向开有很多均匀分布的小孔或细缝，以使环的内腔与堆内的介质 沟通。一回路充压后，环内腔充入的高压冷却剂使密封环涨大，从 而使环外表面紧贴在法兰密封面上，达到密封效果。
② 充气式“O”型环：环上不开小孔，而是在其内充氦气。反应堆
个进口管嘴和3个出口管嘴，与各冷却剂环
路的冷热管段相接。这些进出口管嘴位于高 出堆芯上平面约1.4 m 的同一个水平面上。
压力容器工作在高压（15.5 MPa左右，设计压力 须达17.2 MPa）、高温含硼酸水介质环境和放射性辐 照的条件下，寿命30~60年。
为了满足反应堆压力壳在高压、高温、受辐照的条件 下工作的特殊要求，并保证核电站的安全使用和压力容器 加工制造的经济性，要求压力容器材料有较高的机械性能、 抗辐照性能及热稳定性。 此外，对于断面收缩率、冲击韧性集脆性转变温度等 指标，都有较高的要求。目前广泛采用含锰钼镍的低合金 钢做压力容器的材料。
筒体组合件：由法兰接管段、筒身、底封头及回
路接管等组成。
接管段法兰端面圆周上均匀布置的螺栓孔与压力壳 顶盖法兰面的螺栓孔相配。接管段对称地设置了大口 径的冷却水进出口管，根据反应堆的一回路数目的不 同，接管数可有二个、四个、六个或八个。
底封头上设有堆内测量用的套管（900MW压 水堆电厂装有50根）。
二次支承组件：由二次支承板和悬挂在堆芯支承板下
面的支柱组成，一旦堆芯吊兰破裂时，能够限制堆芯移 位，使安全棒能够插入。
2、 上 部 堆 内 构 件
1)、作用 固定燃料组件上端的位置；
当控制棒组件被提起时，承受因冷却剂横向流动
而引起的力； 保证控制棒组件能顺利在燃料组件内上下移动。
为了防止高温含硼水
对压力容器材料的腐 蚀，压力容器的内表 面堆焊一层几毫米厚
的不锈钢衬里。
压力容器的设计寿期
是30—60年。
结
构
压力容器由以下几部分组成：
顶盖组合件：由顶盖上法兰、上封头球冠焊
接成的。在法兰的端面圆周上开有均匀布置的
螺栓孔，顶盖的球冠面上设有一定数目的控制 棒驱动机构的管座和温度测量引出管座。
传递线圈断电：传递销爪转出环形杆沟槽；
提升线圈断电：传递销爪下降10mm，到环形杆
上邻近下一个沟槽的位置；
传递线圈通电：传递销爪转入环形沟槽中，
上下两齿间各有1mm轴向间隙；
夹持线圈断电：夹持销爪脱开（县落下2mm，
再转出沟槽），载荷由夹持销爪转移到传递销 爪上（即驱动轴组件降1mm，落在传递销爪 上）。
筒身是一个长圆筒，可以把钢板弯曲成形后焊
接，也可用环状锻件拼焊而成。 对900MW级压水堆核电厂： 筒体高度：<包括底封头>10.508米； 内径： 3.987 米
筒体壁厚： 20 厘米
接管段壁厚： 23 厘米 总重约330吨。
压力容器密封结构：压力容器顶盖和法兰间，广泛
采用“O”型环来保证密封。并设有泄漏监督装置。
作用：
支撑和固定堆芯和所有的堆内构件；
和一回路管道一起起着冷却剂压力边界的作用；
能防止中子的外逸，是防止放射性物质外逸的第
三道屏障；
是堆内测量仪表装置和控制棒驱动机构的支撑； 是燃料更换的通道。
反应堆压力容器是一个底部为焊死的半
球形封头，上部为法兰连接的半球形封头的
圆柱形容器。对于三环路设计，容器上有3
2)、几个主要构件 导向管支承板（堆芯上支承板） 堆芯上栅格板 控制棒导向管 支承柱
图
堆芯上栅格板是薄的圆板，板上设有定位销
以定位导向管和燃料组件。和下栅格板一样设 有流水孔。
支承柱是导向管支承板和堆芯上栅格板之间
的连接件。其作用是使两板保持一定距离，并 传递机械载荷。
（六）压力容器
支承板，流量分配孔板和堆芯下
栅格板堆芯上栅格板压力容 器出口接管。
此方面应注意三个问题：
（1）冷却剂旁流问题：
不是所有的冷却剂都流经堆芯；其中约1.25%，从压
力容器和吊兰的环形空间直接流出出口接管，约0.5% 通过堆芯围板而旁流，约0.25%通过导向管支撑板上的 顶盖清洗水孔进入，清扫压力容器顶盖。
4
控制棒驱动机构布置图
控制棒冷却系统安装
磁力提升驱动机构的动作原理
原始状态：传递销爪啮合，夹持销爪脱开。
1、控制棒提升动作
提升线圈通电：传递销爪把驱动轴组件提升一个
阶步（10mm）;
夹持线圈通电：夹持销爪转入环形杆沟槽中，并
与环形杆齿面贴合，再把驱动轴提升10mm，载荷 由传递销爪转移到夹持销爪上；
堆芯下栅格板：为燃料组件提供精确定位和流
量分配，燃料组件定位销就固定在下栅板上。
流量分配板：使进入各燃料组件的冷却剂流量
均匀。（每个燃料组件有4个大小相同的流量分配孔）
堆芯围板：减少冷却剂旁流量，使冷却剂更有
效地将热量带出堆外。
热屏：不锈钢圆筒，位于压力容器与吊兰之间，可设置一
层或两层，能防止堆芯对压力容器的直接辐射(主要防n，)。 目前的设计改为对着燃料最接近反应堆压力容器壁的堆 芯四角在吊兰筒体外侧连接了4块柱面钢屏蔽。这样使吊兰和 压力容器间下降段流通截面加大，减少了流动阻力。在热屏 外侧，含有辐照样品导管，为压力容器材料样品提供辐照监 测。
求棒的移动速度缓慢，每秒钟行程约10mm；在 快速停堆或事故工况时要求驱动机构在得到事故
停堆信号后，即能自动脱开，控制棒组件靠自重
快速插入堆芯，从得到信号到控制棒完全插入堆
芯的紧急停堆时间一般2秒钟左右，以保证反应
堆安全。
压水堆的控制棒驱动
机构，布置在压力容器顶
盖上，其驱动轴穿过顶盖 伸进压力容器内，与控制 棒组件的连接柄相连接。
（2）逆流问题： 一台主泵停机时； 冷管段破裂时。
（3）压力容器泄漏的探测问题
压力容器依靠两个“O”型金属密封环来保证密
封，在压力容器的两道密封环之间及外环的外侧装 有两个泄漏回收连接管，以收集和探测泄漏。
压力容器泄漏的探测主要用温度测量，连接管
中温度的显著升高对应于密封泄漏。
2、结构材料的选择
对于压水反应堆的材料除了选择燃料、
慢化剂和冷却剂外，还要选择包壳、 压力容器和其它内部构件的金属材料。
（1）包 壳
选择包壳材料，必须综合考虑下列因素：
具有良好的核性能，即中子吸收截面要小，感生放射
性要弱；
具有良好的导热性能；
与核燃料的相容性要好；
具有良好的机械性能； 有良好的抗腐蚀能力； 具有良好的辐照稳定性； 易于加工成形，成本低。