CN1038717A - 具有隔流装置的反应堆内上部构件 - Google Patents

Abstract

压水堆内上部构件包括从堆芯流出的冷却剂汇聚区和隔流装置。隔流装置包括控制棒束及其驱动轴的导向架，上、下格板和/联接两板周边在一起的围筒。从堆芯流出的冷却剂从下格板上通口穿过，向上流经上格板通口进入汇聚区或充液室后，再从出口管嘴流出反应堆。隔流装置中各个控制棒束导向架都外加一个无缝外壳，且与上、下格板紧密联接使冷却剂无法渗入。这样可以保护控制棒束及其驱动轴不受从堆芯流出、流向出口管嘴的高速冷却剂液流的扰动。

Description

本发明涉及核反应堆内上部构造，该核反应堆包括有可拆卸顶盖所封闭的压力壳，在靠近顶盖壳壁上至少有一个冷却剂注入口管嘴和至少一个冷却剂出口管嘴，一个由许多燃料组件构成的堆芯并且冷却剂沿燃料组件从下向上流动，许多由穿出反应堆顶盖的驱动轴所驱动的控制棒束，所述核反应堆内上部构件由冷却剂汇聚区和隔流装置构成，汇聚区用于汇聚由堆芯流出、流向出口管嘴的冷却剂，隔离装置用于隔离冷却剂流，包括有安装在汇集区或充液室与堆芯之间的用于控制棒束及其驱动轴的导向架，还包括有一块构成流出堆芯的冷却剂通道的下格板，一块构成冷却剂流向汇聚区通道的上格板，以及一个连接上、下格板在一起的围筒。

尽管本发明不只是特别适于压水核反应堆（称之为压水堆），而且，用于谱移反应堆更有利。在谱移反应堆中，有两类控制棒束：一类控制棒填充了中子吸收物质，用于调节反应堆功率，另一类是水置换棒，最好装有再生材料。

2，595，50号法国专利曾描述到上述类型反应堆内上部构件。其隔装置包括有安装在控制棒束导向架之间并与上、下格板中的冷却剂通道连接在一起的隔离套管。这种结构解决了许多问题，但是另一方面，要适应众多隔离套管之间差异是困难的。在谱移反应堆中有大量的控制棒束和为之配置的诸多的导向架，因此堆芯上部的导向结构极为复杂，这也给安装造成困难。

在其它的现行技术方案中（如0222，373欧洲专利），冷却剂在控制棒束围筒内，沿轴向流动，由于受到高速流动的冷却剂的冲击，每一个控制棒束的控制棒可能会产生振动。如果不采用控制棒定位架，那么堆芯上格板就必须造的十分厚。

本发明的目的是提供一种经过改进的核反应堆上部构件。更特别的目的是，为了在冷却剂隔流装置内的控制棒束导向架，在上部构件中，更易于安装。

为此目的，在前述类型的上部构件中，给控制棒束导向架外加了一个无缝无孔的外壳，每个外壳与上、下格板采用密合联接，使向上流动的冷却剂液流根本无法渗入。

在一个典型的实施例中，至少有一些是一端与上、下格板之一固接，而另一端则与另一块格板滑动配合，使所述外壳可沿轴向自由伸缩。

下面结合附图和特定的实施例（仅仅作为一个例子）作进一步的详细说明，以便能更深刻地理解本发明。

图1是反应堆结构简图，其中局部竖直剖面图显示了本发明的反应堆内上部构件的构造。

图2是按照本发明反应堆内上部构件的一个放大的竖直剖面图。

图3是一个可能的实施例，从隔流装置流出的冷却剂出口区结构的竖直剖面图，作为图2所示简略结构的补充。

图4是按照本发明有利的方案，装配的隔流装置下格板与控制组件导向架采用滑动配合接合处的局部竖直剖面图。

图5是沿图2中控制棒束导向架的Ⅴ-Ⅴ线所作的半剖图。

参阅图1，压水反应堆所具有的一般结构类似于0，238，390号欧洲专利所描述的压水反应堆，对此可参见该篇说明书。反应堆由压力壳2堆芯6和控制棒束10等几部分构成。压力壳用以承受冷却水的压力，其密闭顶盖3是可拆卸的，壳壁上有冷却剂注入口管嘴4和流出口管嘴5。堆芯6座在下面支承板7上，冷却剂注过支承板7上的向上流动通孔8流进燃料组件，譬如组件9中。控制棒束10由伸出反应堆顶盖3的驱动轴11操纵，可垂直移动。

在谱移反应堆中，控制棒束有两种类型，一种类型是填充了吸收中子材料的控制棒用于调整反应堆的功率。另一种类型是在插入堆芯中可进行水置换的控制棒，它们在置换前的溶液中，对中子来说是透明的或“灰体”的，更为可取的做法是在控制棒中填充增殖性材料，例如天然的（或贫化的）铀和/或钍的氧化物。在后文中将要说明，按照本发明，当填充为增殖性材料的能谱调控棒束，在堆芯内经过辐照移出时，就将带出的热量散给了按照本发明在反应堆内上部构件中缓慢向下流动的冷却剂。图中只画出了两套控制棒束及其驱动轴11。

此外，反应堆还包括装配在堆芯6与顶盖3之间的上部构件12。上部构件的外围是一个附加的园筒13，其上端用法兰15夹紧在顶盖和压力壳之间，筒壁外侧面与压力壳2的内表面14之间保持一定间隙。从入口管嘴4注入的冷却剂，就在这间隙中，沿着压力壳的内表面14向下流动，然后从燃料组件9的下部流进堆芯6。

在法兰盘15上开有输流装置16，从入口管嘴4注入的冷却剂中的一小部分被分流，注过输流装置16进入顶盖3和上部构件12之间的那部分空间17内。

在上部构件的上部，有一个象翻过来倒置的有边的帽子一样的控制棒束导向架支撑板18和一个导向驱动轴11或是驱动轴可滑动的套管的定位18a。

从堆芯流出的冷却剂，收集在汇聚区19中，并把冷却剂变成横向流动，经过圆筒13壁上与出口管嘴5位置对应的通孔，从出口管嘴5流入反应堆的热交换回路（图中未画出）。在汇聚区19中，驱动轴11外加了导向套管21，使其免受向出口涌出的冷却剂拢动。

此外，上部构件12还包括控制棒束导向架和隔流装置22（如图2所示），它们装配在堆芯6与汇聚区即“充液室”19之间的部分。

隔流装置22下格板24上的孔25是从堆芯6流出的冷却剂进入隔流装置内的通口，孔26作为安装控制棒束10的通道;上格板27上的孔28是冷却剂流入汇聚区的通口，孔29是安装驱动轴11的通道并且它和导向套管21以及孔26垂直地排列在一条直线上。棒束导向架23连通了冷却剂流孔26和29。

上、下格板24，27的外缘周边与围筒13壁连接在一起，使整个装置22形成一个封闭腔体。除了可能需要的监察孔外，围筒壁最好是无缝无孔的。封用腔体可以用一些机械部件将上、下格板连接起来，以加固其稳定，壁如用定位杆架，把上格板27和下格板24固定在其上。图2中所示部件31即是一个定位杆架。如果将一部分棒束导向架23作为定位杆架，固定在格板24和27上，也是可行的方案。

此外隔流装置22还包括控制棒束导向架23，可以使控制棒束10及其驱动轴11免受经过隔流装置22向汇聚区流动的冷却剂的影响。

在本实施例中控制棒束导向架23，实际上是由许多部件焊在一起构成的（图5所示）带水平开口的板32即“卡板”，沿着连续的导向套33和在图中矩形截面34表示的立柱，竖直排列在整个导向架上。按照本发明，每个控制棒束导向架都加了一个外壳35，壳壁上没有任何缝隙，上、下两端均与上、下格板27、24密合，以保证冷却剂不会渗入。

外壳35内的通道上端与导向套管21的通道连通。套管21从支承架18上伸出与空间17直接或经过校准孔相连（下文将会提到）。在本实施例中，外壳35是牢固的六角形截面。

矩形立柱34和导向套33可以用任何方便的方法固定在附加的外壳35上，例如，用点焊方式37。卡板32在装配时可以安装在从外壳35上引出的径向支座上，例如用附加焊脚的办法。

不一定总是须要棒束的连续导向，在某些情况中，用开槽的管伸延在棒束的整个棒束导向架23上，是完全可以起到对控制棒部分导向的作用。卡板孔也可以用别的方法固定，例如采用定位销，直接固定在外壳35上而不必要安在矩形立柱34上。

图3表示导向套管21与上格板27之间联接的一种可能的结构。在图示的实施例中套管21实际上是复合管。它是由一个外套管21和一个内套管39组合而成。严格地讲，外套管21构成了导向套管，它的长度近似等于支承板18与上格板27的间距。内套管39上端伸出定位架18a，下端伸出上格板27。在每一个导向套管21的周围分布着许多冷却剂通孔28，例如四个或六个通孔。

每一个棒束导向架的外壳35上端的法兰与对应的导向套管21的内套管39的下端，例如用螺栓和螺母38联接，牢固地固定在一起。

如前所述，棒束导向架23可用作联接上、下格板27、24的定位架。然后其端部需要固定在上、下格板上。然而，尤其在谱移反应堆中，有大量的导向架，几乎达到过量的程度。在这种情况下，更可取的作法是导向架23的一端仅仅固定在一块格板上，举例来讲，可以把一端焊在一块格板上，而另一端与另外一块格板采用滑动配合联接，这样隔流装置22中的棒束导向架就可以自由地、不同地伸缩。此外，这种结构也使安装工作变得很方便，否则，由于机械加工造成套管长度的差别，会使安装显得十分困难。

参有图4，通过一种实施例给出了采用不加任何限制的滑动配合结构。外壳35下端与对应的孔26采用滑动配合，这样就可以在格板24内，外壳可以自由伸缩。孔26的下部则与对应的燃料元件9的上管口36采用滑动配合。上管口36的开口与控制棒的延长端形状一致。因此，至少当控制棒插入上管口时，向上流动的冷却剂就被向侧边偏流，如图中箭头40所示，从旁边的孔流过。

参看图3，在驱动轴11与内套39之间留有一定的间隙j，一般来说是几个毫米（典型值对填充增殖性材料的控制棒为12毫米;对填充中子吸收材料的控制棒为10毫米），以使每一个棒束导向架23与空间17之间保持通畅。如图所示，当驱动轴移到最低位置时，驱动轴上的凸起部位就被内套39上的突沿挡住。一般来说，填充可增殖性材料的控制棒束所需的间隙，要比填充中子吸收剂的控制棒束大一些，因为前者需要更强的冷却。

如图3所示，冷却剂由内管39上面的开口42注入间隙j中，带有开口42的部件，与内套39上部用很长的一段螺纹旋在一起。又如图2所示，用一个隔热漏斗44可以辅助或者代替孔42的作用，从其上的管口将冷却剂注入间隙j内。

具有上述内上部构件的反应堆，在常规条件下，冷却剂按下述路径和方式工作。冷却剂主流沿着图1到图4中的黑箭头40所示的路径流动。低温冷却剂从入口管嘴进入反应堆，其中大部分冷却剂被附加圆筒13阻挡偏流，改向下流动，然后经过反应堆堆芯6的燃料组件9向上流动。从燃料组件中流出的“热”冷却剂，被上管口36偏流，从位于棒束导向架23之间的孔25流入隔流装置22，再穿过棒束导向架23的外壳35外的空隙从孔28流入汇聚区。最后再穿过驱动轴11的导向套管21的空间，经过园筒13上的开口20，从出口管嘴5流出。

由于控制棒束及其驱动轴密封在外壳35和导向套管21内并与隔流装置22和收集区19的其余部分完全隔开，所以，从反应堆系统中流出的冷却剂，在其整个工作路径上，都不接触控制棒束及其驱动轴。

另一方面，外壳35和导向套管21内的通路与反应堆顶盖下面的空间17直接连通，由于空间17中的冷却剂压力要稍高于从燃料组件中流出的冷却剂压力，于是，冷却剂就沿套管21和外壳35向下流动（如在图1和2中的白箭头41所示），从而对控制棒束，尤其是谱移堆中填充了增殖性材料的控制棒束进行冷却。向下流动的冷却剂在必要时，还可以加速所有棒束下落，由于冷却剂流向与停堆时控制棒束动作方向一致，因此，核反应堆更为安全，可靠。

通道装置16可以在园筒13的法兰15上开出，小部分低温冷却剂就由此进入反应堆顶盖下面的园形腔室17里。

Claims (5)

1、一种用于核反应堆内上部构件，该核反应堆包括有：

(1)可拆卸顶盖所封闭的压力壳，在靠近顶盖壳壁上至少有一个冷却剂注入口管嘴和至少一个冷却剂出口管嘴，

(2)一个由许多燃料组件构成的堆芯并且冷却剂沿燃料组件从下向上流动，

(3)许多由穿出反应堆顶盖的驱动轴所驱动的控制棒束，

所述核反应堆内上部构件，由冷却剂汇聚区和隔流装置构成：

(4)汇聚区用于汇聚冷却剂并把冷却剂导向出口管嘴，在汇聚区内装有许多导向套管，每一个导向套管之中有一个所述的驱动轴，

(5)隔离装置用于隔离冷却剂流，包括有安装在汇集区与堆芯之间的用于控制棒束及其驱动轴的导向架，还包括有一块构成流出堆芯的冷却剂通道的下格板，一块构成冷却剂流向汇聚区通道的上格板，以及一个连接上、下格板周边在一起的围筒，其特征在于：

(6)隔离装置中的每一个所述棒束导向架都装有一个无缝外壳，并与所述下格板和上格板以及相应的一个所述的导向套管紧密连接，使得冷却剂无法渗入，在所述的汇集区中，每一个所述的导向套管侧壁亦是无缝的，只有在导向套管的上端有开口通向所述顶盖之下所形成的空间，并且从入口管嘴注入冷却剂。

2、按照权利要求1所述的上部构件，其特征在于，至少有一部分控制棒束导向架的外壳是一端紧固在上格板或下格板上，另一端与所述的上格板或下格板滑动配合，使之可自由伸缩。

3、按照权利要求1所述的上部构件，其特征在于控制棒束导向架的外壳具有牢固的六角形。

4、按照权利要求1所述的上部构件，其特征在于，还包括一个位于压力壳内的园筒，其外侧面与压力壳内表面之间形成冷却剂回路通道，冷却剂从入口管嘴进入反应堆后，就沿这一通道向下流到反应堆底部，再由此向上流进燃料组件中。园筒通过一个法兰盘连接到压力壳上，在法兰盘上具有用于传送可控流量的较冷的冷却剂的输流装置在压力高于流出堆芯的冷却剂的压力下，从入口管嘴传输到反应堆盖下面的空间中。

5、按照权利要求1所述的上部构件，其特征在于，在隔流装置中，每一个所述的棒束导向架上有许多垂直排列的水平卡板，至少有一些卡板是固定在对应的外壳上。

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