CN101542634B - 蓄压注水罐 - Google Patents

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Abstract

本发明目的是提供一种具有缓流器可被控制的蓄压注水罐，不需要大量的劳力和成本，以使得在大流量运行时不会在旋流腔中形成旋流。该缓流器(24)构造为使得碰撞喷射流体控制装置(切面(41)或突出部)设置在小流量管(27)(内表面(27c))和旋流腔(内表面(25a))之间的连接部(34)。碰撞喷射流体控制装置进行控制，以使得在大流量操作中流到旋流腔(25)内侧大流量管(26)的喷射流体和小流量管管(27)的喷射流体彼此碰撞产生的喷射流体直接流到出口(29)，而不会在旋流腔(25)中形成旋流。

Description

蓄压注水罐
技术领域
本发明涉及一种并入有缓流器的蓄压器，该缓流器能静态地将流速从大切换到小。
背景技术
应急芯部冷却系统安装在压水反应堆(PWR)电站中。假设PWR可能引起主冷却剂流失的事故，该应急芯部冷却系统包括蓄压器等。
水(冷却剂)储存于蓄压器中，且储存在其中的水被加压气体(氮气)加压，该气体填充在蓄压器的上方。进而，缓流器设置在蓄压器中。缓流器能静态地将反应堆中的水注入流速从大流量切换到小流量(不用移动其任何部件)。缓流器包括旋流腔、大流量管、小流量管、出口管等，且该缓流器是在蓄压器的底部(见图1)。出口管的末端通过插置在反应堆主冷却回路的低温管线和该出水管之间的单向阀而连接到该低温管线。该单向阀用于避免从反应堆主冷却系统到蓄压器的回流。
如果PWR电站的反应堆主冷却系统的管线等破裂且冷却剂从破裂处流到外界(即在发生主冷却剂流失事故时)，则反应堆容器的冷却剂量会减少，且由此反应堆中心会露出。但是，在这种情况下，如果主冷却系统的压力下降到低于蓄压器中的压力，则储存在蓄压器中的水从主冷却系统管线通过单向阀注入到反应堆容器中，且由此淹没反应堆中心。
在这种情况下，在初始阶段反应堆容器被快速地通过以很大流速注入水而被重新填充。然后，有必要在随后的阶段在反应堆中心被重新淹没时将水注入流速从大流量切换到小流量，因为过渡注入水会将破裂处撕开。为了确保这种水注入流速切换操作，一种可靠的不用移动部件的缓流器被用于蓄压器。
通过使用这种缓流器进行水注入流速切换的原理将根据图10(a)和10(b)(水平截面图)来解释。
如图10(a)和10(b)所示，缓流器10具有这样的结构，其中，大流量管2和小流量管3连接到圆柱形旋流腔1的周边部分(周缘部分)，而出口4形成在旋流腔1的中央。大流量管2和小流量管3相互以不同方向从出口4延伸。具体说，小流量管3沿与旋流腔1的周边部分(周缘部分)相切的方向沿左方延伸。同时，大流量管2沿右方延伸同时与小流量管3形成预定的角度θ。而且，尽管省略了显示，但是小流量管3的入口位于与旋流腔1相同的高度处。同时，大流量管2连接到向上延伸的立管。立管的入口的高度高于旋流腔1和小流量管3的入口。进而，出口管连接到旋流腔1的出口4。
而且，因为蓄压器中的水平面在水注入的初始阶段高于大流量管2的入口，所以蓄压器中的水从大流量管2和小流量管3流到旋流腔1中，如图10(a)中箭头A和B所示。结果，从大流量管2注入的水(喷射流体)与从小流量管3注入的水(喷射流体)相撞，且喷射流体的角动量抵消。以这种方式，水流直接朝向出口4，如图10(a)中的箭头C所示。具体说，在此时旋流腔中没有形成旋流。因而，此时的流动阻力降低，且由此大量水流出出口4且注入到反应堆容器中。
相反，在水注入的随后阶段，蓄压器中的水平面下降到低于连接到大流量管2的立管的入口。因而，没有水从大流量管2流到旋流腔1中，且水仅通过小流量管3流入到旋流腔1中，如图10(b)中的箭头B所示。结果，从该小流量管3注入的水前进到出口4，同时形成旋流(旋转的流动)，如图10(b)中的箭头D所示。因而，流动阻力由于此时的离心力而增加，从出口4的流出量变为小流量。该装置被称为缓流器，因为其具有上述缓冲流速的功能。
应注意，现有技术文献描述了并入有缓流器的蓄压器，包括以下文献。
专利文献1：JPA-63-19597
专利文献2：JPA-5-256982
专利文献3：T.Ichimur，H.Chikahata“Advanced Accumulator for PWR”The Thermal and Nuclear Power Vol 1.48 No.5 May 1997
发明内容
如上所述，目前正在开发的蓄压器是一种先进的蓄压器，其通过包括缓流器10而能静态且稳定地从大流量切换到小流量。但是，该先进的蓄压器的缓流器10需要尽可能高地限定大流量和小流量之间的比例，以便实现合理的储罐容积。为此，重要的是，通过在大流量注入时确实地将来自大流量管2的喷射流体与来自小流量管3的喷射流体之间的角动量抵消而不在旋流腔中形成旋流。此外，有必要通过在从大流量到小流量的切换时在旋流腔1中形成强旋流来产生高流动阻力。
为此，在大流量的情况下，有必要控制在大流量管2和小流量管3之间限定的角度θ(两股喷射流体的碰撞角度)和大流量管2和小流量管3的流量(流速)，以使得来自大流量管2的喷射流体和小流量管3的喷射流体相互之间角动量抵消。而且，在小流量情况下，通过沿切向方向将小流量管3连接到旋流腔1的周边部分(周缘部分)而在旋流腔1中形成强旋流。
但是，为了通过细微调节大流量管2和小流量管3之间的角度θ的值和大流量管2和小流量管3的流量(流速)而在大流量注入时不在旋流腔中形成旋流腔，有必要重新构造整个缓流器许多次，以便调整这些值。这会带来涉及大量劳力和制造成本的原型缓流器。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种蓄压器，包括能在大流量注入时抑制在旋流腔中形成旋流的缓流器，而不需要大量的劳力和制造成本。
为了实现该目的，根据本发明第一方面的蓄压器为在内部设置有缓流器的蓄压器，该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管。因此，该蓄压器的特点在于：缓流器包括用于在大流量注入时控制碰撞喷射流体的碰撞喷射流体控制器，以使得碰撞喷射流体能直接前进到出口而不在旋流腔中形成旋流，其中碰撞喷射流体包括来自大流量管的喷射流体和来自小流量管的喷射流体，所述碰撞流速流体控制器设置在小流量管和旋流腔的连接部处。
而且，在第一方面的蓄压器的情况下，根据本发明第二方面的蓄压器特点在于碰撞喷射流体控制器为形成在小流量管和旋流腔的连接部处的斜切部。
而且，在第一方面的蓄压器的情况下，根据本发明第三方面的蓄压器特点在于碰撞喷射流体控制器为形成在小流量管和旋流腔的连接部处的突出部。
本发明第一方面的蓄压器的特点在于：缓流器包括用于在大流量注入时控制流进旋流腔的碰撞喷射流体的碰撞喷射流体控制器，以使得碰撞喷射流体能直接前进到出口而不在旋流腔中形成旋流，其中碰撞喷射流体包括来自大流量管的喷射流体和来自小流量管的喷射流体，所述碰撞流速流体控制器设置在小流量管和旋流腔的连接部处。因而，仅通过使用碰撞喷射流体控制器来调整碰撞喷射流体的控制量(即仅通过重新建立碰撞喷射流体控制器)替代重新构造整个缓流器，就可以使得来自大流量管的喷射流体和来自小流量管的喷射流体在大流量时容易其且可靠地抵消相互的角动量。因此，可以显著地降低用于调整碰撞喷射流体的劳力和制造成本。
具体地，根据本发明第二或第三方面的蓄压器，斜切部或突出部形成为碰撞喷射流体控制器，且该碰撞喷射流体通过使用该斜切部或突出部而被控制。因此，可以仅通过非常简单的调整工作来调整斜切部的尺寸或突出部的突出量，就可以获得上述的显著效果。
附图说明
图1为根据本发明实施例的蓄压器的截面图。
图2为显示了包括在蓄压器中的缓流器的放大截面图。
图3为缓流器的俯视图。
图4为沿图2的H-H箭头截取且由该箭头指示的截面图。
图5(a)为沿图4的I-I线截取并被该线指示的截面图。
图5(b)为沿图4的J-J线截取并被该线指示的截面图。
图6为在图4中的主要部分的放大截面图。
图7为碰撞喷射流体控制器的另一构造例子的截面图(相应于图4的截面图)。
图8为显示于图7中的碰撞喷射流体控制器的主要部分的放大截面图(相应于图6的截面图)。
图9(a)和9(b)为用于解释通过使用缓流器进行水注入流量切换的视图。
图10(a)到10(c)为用于解释通过使用传统缓流器进行水注入流量切换的视图。
附图标记
21：蓄压器；22：水；22a：水平面；23：加压气体(氮气)；24：缓流器；25：旋流腔；25a：内周表面；25a-1：平表面部分(延伸表面部分)；25b：上表面；25c：下表面；26：大流量管；26a：大流量管的水平部分；26b：立管；26c：入口；26d、26e、26f和26g：内表面；27：小流量管；27a：入口；27b、27c、27d和27e：内表面；28：出口管；29：出口；30和31：抗旋流板；32、33和34：连接部；41：斜切部；51：突出部
具体实施方式
后文中，将参考所附附图详细描述本发明的优选实施例。
(构造)
图1为根据本发明实施例的蓄压器的截面图。图2为取出并显示了包括在蓄压器中的缓流器的放大截面图。图3为缓流器的俯视图。图4为沿图2中H-H箭头线截取并指示的截面图。图5(a)为沿图4中I-I线截取并指示的截面图。图5(b)为沿图4中J-J线截取并指示的截面图。图6为图4的主要部分的放大截面图。图7为碰撞喷射流体控制器的另一构造例子的截面图(相应于图4的截面图)。图8为显示于图7中的碰撞喷射流体控制器的主要部分的放大截面图(相应于图6的截面图)。图9(a)和9(b)为用于解释通过使用缓流器进行水注入流量切换的视图。
图1所示的蓄压器21为应急芯部冷却系统的设备组成部分，基于可能发生在PWR电站中主冷却剂流失事故的假设而将该系统安装在压水反应堆(PWR)电站中。
如图1所示，水(冷却剂)22储存在蓄压器21中，且储存在其中的水22通过加压气体(氮气)23被加压，该气体填充在蓄压器21的上部。而且，缓流器24(其能静态地将反应堆中的水注入流速从大流量切换到小流量)设置在蓄压器21中。
缓流器24包括旋流腔25、大流量管26、小流量管27、出口管28等，且设置在蓄压器21的底部。尽管省略了显示，但是出口管28的末端通过插置在该出口管和反应堆主冷却回路的低温管线之间的单向阀连接到该低温管线。该单向阀用于避免从反应堆主冷却系统到蓄压器21的回流。
如图1到5(b)所示，缓流器24具有这样一种结构，其中大流量管26和小流量管27连接到圆柱形旋流腔25的周边部分(周缘部分)，而出口29形成在旋流腔25的上表面25b的中央。替换地，出口29可设置在旋流腔25的下表面25c的中央。
在图3和4所示的水平表面中，大流量管26和小流量管27沿彼此不同的方向从出口29延伸。具体说，小流量管27沿与旋流腔25的周边部分(周缘部分)相切的方向沿一方向(其为图中的左方)延伸。同时，大流量管26沿另一方向(其为图中的右方)延伸，同时与小流量管27形成预定的角度θ(在90°＜θ＜180°的范围；例如95°，100°或110°)。
大流量管26和小流量管27的流动通道的截面形成为矩形形状。具体说，如图5(a)和5(b)所示，例如，大流量管26(水平部分26a)具有平行的一对内表面(竖直表面)26d和26e，这两个表面沿水平方向彼此面对，且大流量管26具有平行的一对内表面(水平表面)26f和26g，这两个表面沿竖直方向彼此面对。同时，小流量管27具有平行的一对内表面(竖直表面)27b和27c，这两个表面沿水平方向彼此面对，且小流量管27具有平行的一对内表面(水平表面)27d和27e，这两个表面沿竖直方向彼此面对。大流量管26和小流量管27的流动通道截面的高度(内表面26d和26e的高度以及内表面27b和27c的高度)与旋流腔25的内周表面25a的高度相同。另一方面，大流量管26的流动通道截面的宽度(内表面26f和26g的宽度)大于小流量管27的流动通道截面的宽度(内表面27d和27e的宽度)。
而且，小流量管27的入口27a位于与旋流腔25的内周表面25a的高度相同的高度处。另一方面，大流量管26包括连接到水平部分26a的立管，且其入口26c的位置比小流量管27的入口27a和旋流腔25更高。但是，应注意，储存水22的水平面22a的位置通常比大流量管26的该入口26c更高。入口管28连接到旋流腔25的出口29。抗旋流板30和31分别设置到大流量管26和小流量管27的入口26c和27a。
如图4和6所示，小流量管27(在大流量管26那侧)的内表面27b连接到大流量管26(在小流量管27那侧)的内表面26e。而且，考虑来自小流量管27的自由喷射流体的散播(自由喷射流体散播部分)，大流量管26(在小流量管27相对侧处)的内表面26d与旋流腔25的内周表面25a的延伸表面部分(平表面部分)25a-1的连接部32位于小流量管27(在大流量管26侧处)的内表面27b的延长线(沿切向方向从连接部33延伸的线)之外。但是，应注意，本发明并不限于前述构造。其目的是采用这样一种结构：其中内表面26d和内周表面25a的连接部不包括延伸表面部分(平表面部分)25a-1，如图中虚线K所示。
而且，小流量管27(在大流量管26相对侧处)的内表面27c在连接部34处连接到旋流腔25的内周表面25a。该连接部34相对于来自小流量管27的流动方向(喷射流体的方向L：见箭头B)位于连接部33的上游。
而且，在该实施例中，如图4和6所示，缓流器24包括用作碰撞喷射流体控制器的斜切部41，其设置在小流量管27(内表面27c)与旋流腔(内周表面25a)的连接部34处。具体说，通过以合适的尺寸在连接部34处形成斜切部41，可以控制碰撞喷射流体，以使得碰撞喷射流体可确实地直接前进到出口29，而不会在旋流腔25中形成旋流，其中该碰撞喷射流体包括在大流量注入时进入到旋流腔25中的、来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体。
例如，图6中虚线L显示的斜切部41尺寸的减小造成来自大流量管26的喷射流体量的增加，这种喷射流体沿来自小流量管26的喷射流体方向流动同时经过斜切部41，如箭头N所示。结果，包括来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体在内的碰撞喷射流体趋于形成顺时针旋流，如箭头P所示。另一方面，图6中虚线M显示的斜切部41尺寸的增加造成来自大流量管26的喷射流体量的减小，该喷射流体沿来自小流量管27的喷射流体方向流动同时经过斜切部41。结果，包括来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体在内的碰撞喷射流体趋于形成逆时针的旋流，如箭头O所示。
换句话说，可以通过斜切部41的尺寸来控制碰撞喷射流体。因而，可以通过将斜切部41调整到合适的尺寸而使得碰撞喷射流体直接朝向出口29前进，如箭头C所示。
附带地，形成在连接部34处的斜切部并不限制为是斜切部41，其沿与来自小流量管27的方向(切向方向)正交的方向被切出。例如，斜切部可沿相对于来自小流量管27的喷射流体的方向倾斜地形成。而且，斜切部可以是弯折的斜切部或弯曲的斜切部。
而且，图7和图8所示的缓流器24包括用作碰撞喷射流体控制器的突出部51，其设置在小流量管27(内表面27c)和旋流腔25(内周表面25a)的连接部34处。突出部51在所示实施例中具有板形。通过在连接部34处以合适的突出量形成突出部51，可以控制碰撞喷射流体，以使得碰撞喷射流体可确实地直接前进到出口29，而不会在旋流腔25中形成旋流，其中该碰撞喷射流体包括在大流量注入时进入到旋流腔25中的、来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体。
例如，增加突出部51的突出量造成来自大流量管26的喷射流体量的增加，其沿来自小流量管26的喷射流体方向流动同时经过突出部51，如箭头Q所示。结果，包括来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体在内的碰撞喷射流体趋于形成顺时针旋流，如箭头P所示。另一方面，突出部51的突出量的增加造成来自大流量管26的喷射流体量的减小，其沿来自小流量管27的喷射流体方向流动同时经过突出部51。结构，包括来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体在内的碰撞喷射流体趋于形成逆时针的旋流，如箭头O所示。
换句话说，可以通过突出部51的突出量来控制碰撞喷射流体。因而，可以通过将突出部51调整到合适的突出量而使得碰撞喷射流体直接朝向出口29前进，如箭头C所示。
附带地，形成在连接部34处的突出部并不限制为是突出部51，其沿与来自小流量管27的方向(切向方向)笔直地突出。例如，突出部可相对于喷射流体的方向沿倾斜方向形成为一板。而且，突出部可以是弯折的突出部或弯曲的突出部。而且，突出部可以形成为并非板形的形状(例如，具有三角形水平截面的形状也是可以的)。
(操作和效果)
具有上述构造的蓄压器21进行以下操作且具有以下效果。
如果PWR电站的反应堆主冷却系统中的管线等破坏，且冷却剂从破裂处流到外界(即在发生主冷却剂流失事故时)，由此主冷却系统的压力降低到低于蓄压器21中的压力，则蓄压器21中储存的水22从主冷却系统管线通过单向阀注入到反应堆容器，且由此重新淹没反应堆中心。此时，到反应堆容器的水注入流速静态地通过缓流器24从大流量切换到小流量。
具体说，因为在水注入的初始阶段蓄压器21中的水平面高于大流量管26的入口26c，则蓄压器21中的水22从大流量管26和小流量管27流到旋流腔25，如图9(a)中箭头A和B所示。结果，从大流量管26注入的水(喷射流体)撞击来自小流量管27的注入水(喷射流体)，且喷射流体的角动量抵消。以这种方式，水22直接流向出口29，如图9(a)中箭头C所示。具体说，此时在旋流腔25中没有形成旋流。因而，流动阻力在此时降低，且大量的水流出出口29并注入反应堆容器。
相反，在水注入的随后阶段，蓄压器21中的水平面下降到低于连接到大流量管26的立管的入口26。因而，没有水22从大流量管26流入旋流腔25，且水22仅通过小流量管27流入旋流腔25，如图9(b)中箭头B所示。结果，从该小流量管27注入的水前进到出口29，同时形成旋流(涡旋的流动)，如图7B中箭头D所示。因而，流动阻力在此时通过离心力而增加，且来自出口29的流出物(注入到反应堆容器的水)变为小流量。尽管图9显示了设置斜切部41的例子，但是在设置突出部51的情况下也可以实现类似的水注入流速切换。
而且，根据该实施例的蓄压器21，缓流器24包括碰撞喷射流体控制器(斜切部41或突出部51)，其构造为在大流量注入时对碰撞喷射流体进行控制，以使得碰撞喷射流体可直接前进到出口29，而不会在旋流腔25中形成旋流，其中，碰撞喷射流体包括流入到旋流腔25中的、来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体，碰撞喷射流体控制器设置在小流量管27与旋流腔25的连接部34处。因而，仅通过使用碰撞喷射流体控制器来调整碰撞喷射流体的控制量(即仅通过在旋流腔25中重新建立碰撞喷射流体控制器)替代重新构造整个缓流器24，就可以使得来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体在大流量时容易且可靠地抵消相互的角动量。因此，可以显著地降低用于调整碰撞喷射流体的劳力和制造成本。
具体说，根据该蓄压器21的缓流器24，斜切部41或突出部51形成为碰撞喷射流体控制器，且通过使用斜切部41或突出部51来控制碰撞喷射流体。因此，可以仅通过非常简单的调整工作来调整斜切部41的尺寸或突出部51的突出量，就可以获得上述的显著效果。附带地，应用斜切部或突出部来控制碰撞喷射流体可以被适当地选择，例如取决于大流量管26和小流量管27之间的角度θ或大流量管26和小流量管27之间的流量(流速)比例(即来自大流量管26的喷射流体和来自小流量管27的喷射流体之间的角动量的平衡)。
工业应用
本发明涉及蓄压器。例如，本发明在应用到用于PWR电站的反应堆的紧急注入系统时很有用。

Claims (3)

1.一种在内部设置有缓流器的蓄压器，该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管，其中
缓流器包括用于在大流量注入时控制碰撞喷射流体的碰撞喷射流体控制器，以使得碰撞喷射流体能直接前进到出口而不在旋流腔中形成旋流，其中碰撞喷射流体包括来自大流量管的喷射流体和来自小流量管的喷射流体，所述碰撞喷射流体控制器设置在小流量管和旋流腔的连接部处。
2.如权利要求1所述的蓄压器，其中
碰撞喷射流体控制器为形成在小流量管和旋流腔的连接部处的斜切部。
3.如权利要求1所述的蓄压器，其中
碰撞喷射流体控制器为形成在小流量管和旋流腔的连接部处的突出部。
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