CN103117097A - 管板式双流程超临界水冷堆 - Google Patents

Abstract

本发明公布了管板式双流程超临界水冷堆，包括压力容器、吊篮筒体、进口接管、出口接管，在吊篮筒体内安装有上支承组件、堆芯上板、以及下管板，在下管板上方安装有与下管板平行的堆芯下板，在上支承组件上安装有多个控制棒导向组件，在堆芯下板与堆芯上板之间安装有多个一流程燃料组件和二流程燃料组件，其中一流程燃料组件经过连通管与压力容器的底部空腔连通，堆芯下板和下管板之间形成的密闭空腔与二流程燃料组件连通。本发明出口热套管结构实现了超临界态出口水与反应堆压力容器内壁的隔离，使得压力容器可以在现有材料的基础上开展设计；堆内构件的设计实现了超临界水冷堆内的双流程冷却剂循环，提供了清晰的流程通道及合理的流场分配。

Description

管板式双流程超临界水冷堆

技术领域

本发明涉及核工业中的反应堆结构，具体是指管板式双流程超临界水冷堆。

背景技术

超临界水冷堆（SCWR）是以水为冷却剂，出口水状态在临界点（374℃，22.1MPa）之上的一种反应堆。由于运行参数较高，综合考虑到现有材料、制造水平等方面的限制，超临界水冷堆多设计为多流程结构。欧盟的超临界水冷堆HPLWR设计为三流程结构，该反应堆主要由反应堆压力容器、吊篮组件、下部搅混腔、出口蒸汽腔、出口接管结构、控制棒导向组件、燃料组件等部分组成。

但是，目前上述的超临界水冷堆的三流程结构，为了实现堆芯冷却剂的有效加热以及慢化剂和冷却剂的有效分流，沿堆芯径向自里向外依次划分为3个区，中心区域为第1流程，中间区域为第2流程，外围区域为第3流程，冷却剂在第1流程向上流，在第2流程向下流，在第3流程向上流。为了完成三流程的冷却剂流道，堆内构件设计了十分复杂的结构形式来满足物理、热工水力的需要，使得堆内构件设计难度十分艰巨，零部件数量众多，制造、安装、检修困难，结构的稳定性和可靠性都不是很好。

日本、美国、俄罗斯等国家也开展了超临界水冷堆的相关研究，其初步设计方案都考虑采用双流程结构，但在工程设计上都未能解决较好平衡慢化剂冷却剂有效分流、减少结构材料，以及提高结构设计工程制造可行性等关键技术问题；而且也没有进入到实质性的结构设计中，其理论结构不具备工程适应性，不适用于实际工程

发明内容

本发明的目的在于提供管板式双流程超临界水冷堆，解决了慢化剂冷却剂有效分流、减少结构材料，将设计结构具体化、工程化。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

管板式双流程超临界水冷堆，包括由依次相连的顶盖、上部筒体、堆芯段筒体、以及下封头构成的压力容器，在压力容器内安装有吊篮筒体，在压力容器上部筒体侧壁设置有进口接管和出口接管，在出口接管内安装有与吊篮筒体内部连通的出口热套管，在所述吊篮筒体上部开口端、中部、下端开口端分别安装有上支承组件、堆芯上板、以及下管板，在下管板上方安装有与下管板平行的堆芯下板，在上支承组件上安装有多个控制棒导向组件，在堆芯下板与堆芯上板之间安装有多个一流程燃料组件和二流程燃料组件，其中一流程燃料组件经过连通管与压力容器的底部空腔连通，堆芯下板和下管板之间形成的密闭空腔与二流程燃料组件连通。本发明的超临界水冷堆采用顶盖、上部筒体、堆芯段筒体、以及下封头的四段式结构构成反应堆压力容器，在压力容器内安装固定的吊篮筒体，通过在吊篮筒体内安装上支承组件、堆芯上板、堆芯下板、下管板的方式，将压力容器分成五个功能不同的空间，在吊篮筒体和上支承组件的顶部轴向上设置有方形孔，从进口接管进入的冷却水分成两个部分，其中较少的一部分从吊篮筒体和上支承组件的顶部轴向上的方形孔流入上腔室，然后作为慢化剂从控制棒导向组件的侧部入口进入并自上而下流动进入一流程燃料组件和二流程燃料组件内的慢化剂通道；另外大部分的水沿反应堆压力容器的内壁与吊篮筒体之间的环腔流入下腔室，然后从连通管进入到一流程燃料组件的底部并自下而上流动进入到一流程燃料组件内，从一流程燃料组件的顶部侧部出口流出然后在一流程燃料组件与二流程燃料组件之间的间隙内向下流动，通过堆芯下板上的流量调节孔进入到堆芯下板与下管板之间的空腔内，然后从二流程燃料组件的底部入口进入二流程燃料组件，最后穿出堆芯上板，通过出口接管内的出口热套管排出，实现了反应堆冷却剂循环；上支承组件放置在吊篮筒体上部法兰上，堆芯上板压在密封支承环上形成密封，实现入口水与堆芯区域的隔离，同时压紧燃料组件；下管板和堆芯下板组成的管板式结构，作为实现一、二流程冷却剂流道分离的关键结构，一流程燃料组件与二流程燃料组件内设置有独立的慢化剂通道和冷却剂通道，实现了冷却剂和慢化剂的分流，本发明巧妙的冷却剂流程设计，成功降低了堆内构件的复杂程度，在满足总体性能（物理、热工水力）的基础上，具有结构更简单，有一定的工程实践基础。

在下封头上设置有径向支撑块，所述吊篮筒体位于在径向支撑块上部，所述上支承组件通过弹簧固定在吊篮筒体与顶盖之间。在下封头上设置有径向支承块，吊篮筒体下部周向和径向限位通过径向支承块实现，所述上支承组件通过弹簧固定在吊篮筒体与顶盖之间。径向支承块用于实现对吊篮筒体的径向和轴向限位，同时在发生吊篮筒体意外跌落时的二次支承，防止其冲击下封头，径向支承块以下部分构成最下端的混合腔室，用于混合慢化剂和冷却水，使得进入一流程燃料组件的冷却水温度均匀，在弹簧的压力作用下，可以保持吊篮筒体与压力容器之间的位置关系稳定。

在所述上支承组件与堆芯上板之间安装有支承柱。进一步讲，为了保持上支承组件与堆芯上板之间的位置稳定性，避免其变形，可以在上支承组件与堆芯上板之间安装支承柱，支承柱的两端用螺栓固定好，使得上支承组件与堆芯上板之间的距离和位置关系得以保持。

所述一流程燃料组件的顶部为窗式上管座，窗式上管座安装在堆芯上板下方，在窗式上管座的侧壁上设置有通孔。具体地讲，为了便于一流程燃料组件顶部冷却水的折流，一流程燃料组件的顶部为窗式上管座，窗式上管座整体上由一个圆筒形侧壁与圆盘形端面构成，安装在堆芯上板下方，形成空腔，一流程燃料组件的开口穿过端面并与该空腔连通，在圆筒状侧壁上设置有流水孔，冷却剂从流水孔内流出后，进入到二流程燃料组件和一流程燃料组件之间的间隙内，在重力和驱动压头作用下向下流动，并进入到二流程燃料组件内，通过设置对称窗式上管座，可以使得冷却水的折流方向较为均匀，混合的效果最好。

在所述吊篮筒体内设置有密封支承环，所述堆芯上板安装在密封支承环上。进一步讲，通过设置密封支承环，实现上、下部堆内构件的密封，亦即一、二流程出口冷却剂的密封。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1本发明管板式双流程超临界水冷堆，出口热套管结构的设计实现了超临界态出口水与反应堆压力容器内壁的隔离，使得压力容器可以在现有材料的基础上开展设计；

2本发明管板式双流程超临界水冷堆，堆内构件的设计实现了超临界水冷堆内的双流程冷却剂循环，提供了清晰的流程通道及合理的流场分配；

3本发明管板式双流程超临界水冷堆，下管板和堆芯下板组成的管板式结构，作为实现一、二流程冷却剂流道分离的关键结构，一流程燃料组件与二流程燃料组件内设置有独立的慢化剂通道和冷却剂通道，实现了冷却剂和慢化剂的分流，本发明巧妙的冷却剂流程设计，成功降低了堆内构件的复杂程度，在满足总体性能（物理、热工水力）的基础上，具有结构更简单，有一定的工程实践基础。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-顶盖，2-上部筒体，3-堆芯段筒体，4-下封头，5-吊篮筒体，6-上支承组件，7-堆芯上板，8-下管板，9-堆芯下板，10-控制棒导向组件，11-连通管，12-弹簧，13-径向支撑块，14-支承柱，15-窗式上管座，16-进口接管，17-出口接管，18-出口热套管，19-密封支承环，20-一流程燃料组件，21-二流程燃料组件，22-控制棒驱动机构管座。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明管板式双流程超临界水冷堆，由顶盖1、上部筒体2、堆芯段筒体3、以及下封头4自上而下依次连接构成反应堆压力容器，在下封头4内侧设置有径向支撑块13，径向支撑块13上设置有多个孔，在径向支撑块13上安装有吊篮筒体5，吊篮筒体5的顶部安装有上支承组件6，上支承组件6的顶部为连接法兰，上支承组件6将反应堆压力容器内部分隔成上、下两个空腔，在法兰与顶盖1之间安装有弹簧12，该弹簧为压紧弹簧，用于固定吊篮筒体的位置，在吊篮筒体的顶部轴向上设置有通孔，该通孔将上支承组件6将反应堆压力容器内部分隔成的上、下两个空腔连通；在吊篮筒体5中部内侧设置有密封支承环19，在密封支承环19上方安装有堆芯上板7，堆芯上板7与上支承组件6之间形成出水空腔，该空腔的侧壁上设置有出水口，在对应的上部筒体2上开设有出口接管17，出口接管内安装有出口热套管18，出口热套管18连接在出水口上并用紧固件固定；在堆芯上板7与上支承组件6之间设置有多个支承柱14，支承柱14起到加强连接的作用，在堆芯上板7的下方中部位置安装有一流程燃料组件20，一流程燃料组件20的顶部为对称窗式上管座15，窗式上管座15安装在堆芯上板7下方，在窗式上管座15的侧壁上设置有通孔，在一流程燃料组件20下方的吊篮筒体5内设置有堆芯下板9，在堆芯下板9下方设置有下管板8，堆芯下板9与下管板8之间相互平行并与吊篮筒体5形成密闭的折流腔；在上支承组件上安装有控制棒导向件10，控制棒导向件10的顶部安装在控制棒驱动机构管座22上，控制棒驱动机构管座22穿出顶盖1，控制棒导向件10穿过上支承组件6并连接在堆芯上板7上，位于上支承组件6以上位置的控制棒导向件10具有进水口，控制棒导向件10与一流程燃料组件20连接，一流程燃料组件20顶部穿过窗式上管座15并固定，在窗式上管座15外部的空间内安装有二流程燃料组件21，二流程燃料组件21的冷却通道连接出水腔与下部的折流腔；在下管板8上设置有多个通孔，该通孔通过连通管11与堆芯下板9上的一流程燃料组件连通，在堆芯下板9上设置有多个流道孔，流道孔将折流腔与堆芯下板的上部空腔连通。

从进口接管16进入的冷却水分成两个部分，其中较少的一部分从吊篮筒体5和上支承组件6的顶部轴向上的方形孔流入上腔室，然后作为慢化剂从控制棒导向组件10的侧部入口进入并自上而下流动进入一流程燃料组件20和二流程燃料组件21内的慢化剂通道；另外大部分的水沿反应堆压力容器的内壁与吊篮筒体5之间的环腔流入下腔室，然后从连通管进入到一流程燃料组件20的底部并自下而上流动进入到一流程燃料组件20内，从一流程燃料组件20的顶部侧部出口流出然后在一流程燃料组件20与二流程燃料组件21之间的间隙内向下流动，通过堆芯下板9上的流量调节孔进入到堆芯下板9与下管板8之间的折流腔内，然后从二流程燃料组件21的底部入口进入二流程燃料组件21，最后穿出堆芯上板7，通过出口接管内17的出口热套管18排出，实现了反应堆冷却剂循环。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.管板式双流程超临界水冷堆，包括由依次相连的顶盖（1）、上部筒体（2）、堆芯段筒体（3）、以及下封头（4）构成的压力容器，在压力容器内安装有吊篮筒体（5），在压力容器上部筒体（2）侧壁设置有进口接管（16）和出口接管（17），在出口接管（17）内安装有与吊篮筒体（5）内部连通的出口热套管（18），其特征在于：在所述吊篮筒体（5）上部开口端、中部、下端开口端分别安装有上支承组件（6）、堆芯上板（7）、以及下管板（8），在下管板（8）上方安装有与下管板（8）平行的堆芯下板（9），在上支承组件（6）上安装有多个控制棒导向组件（10），在堆芯下板（9）与堆芯上板（7）之间安装有多个一流程燃料组件（20）和二流程燃料组件（21），其中一流程燃料组件（20）经过连通管（11）与压力容器的底部空腔连通，堆芯下板（9）和下管板（8）之间形成的密闭空腔与二流程燃料组件（21）连通。

2.根据权利要求1所述的管板式双流程超临界水冷堆，其特征在于：在下封头（4）上设置有径向支撑块（13），所述吊篮筒体（5）位于在径向支撑块（13）上部，所述上支承组件（6）通过弹簧（12）固定在吊篮筒体（5）与顶盖（1）之间。

3.根据权利要求1所述的管板式双流程超临界水冷堆，其特征在于：在所述上支承组件（6）与堆芯上板（7）之间安装有支承柱（14）。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的管板式双流程超临界水冷堆，其特征在于：所述一流程燃料组件（20）的顶部为窗式上管座（15），窗式上管座（15）安装在堆芯上板（7）下方，在窗式上管座（15）的侧壁上设置有通孔。

5.根据权利要求4所述的管板式双流程超临界水冷堆，其特征在于：在所述吊篮筒体（5）内设置有密封支承环（19），所述堆芯上板（7）安装在密封支承环（19）上。