CN104051031A - 蓄压安注水箱的水力学部件及该蓄压安注水箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型蓄压安注水箱及其水力学部件。该蓄压安注水箱包括密封承压的水箱主体、安注水管、设置在水箱主体内的水力学部件；水力学部件包括立管，设置在立管出口段和安注水管之间的涡旋腔，以及设置在立管出口段附近、并将出口段的水流沿一定方向引导至涡旋腔上部入口边缘处的导流组件；涡旋腔的四周设有贯穿其侧壁的小流量入水口。大流量注入阶段，利用本发明的导流组件将流体从立管中导入涡旋腔，流体在涡旋腔内的流动更为均匀，从而降低了运行的不稳定性；同时，利用水力学部件的结构特点，可以根据事故工况下的堆芯冷却需求获得较为理想的大小流量比，进而可以降低事故风险，延长安注时间，降低对能动设备的要求，增加反应堆的安全性。

Description

蓄压安注水箱的水力学部件及该蓄压安注水箱

技术领域

本发明涉及核电站领域，更具体地说，涉及一种用于核电站的蓄压安注水箱的水力学部件、及使用该水力学部件的蓄压安注水箱。

背景技术

为了保证核电站的安全运行，反应堆安全注入系统是必不可少的。通常，反应堆安全注入系统由高压安注、中压安注和低压安注三个子系统组成。根据事故工况下堆芯冷却系统的降压情况，在不同的压力下分别投入运行。

其中，安注箱系统为中压安注系统，且具有非能动的特性。在失水事故情况下，一旦一回路系统的压力低于安注箱的注入压力时，安注箱内的氮气压力使逆止阀打开，安注箱系统便投入运行。

在发生大破口失水事故时，一回路压力大幅度下降，应急堆芯冷却系统的三个子安注系统将全部投入运行。启动高压安注泵和低压安注泵会存在一定的时间延迟，且流量也受限制，而此时，安注箱系统可以可靠、迅速地向堆芯注入大量含硼水，以满足堆芯冷却的需要，并在再淹没的早期移出堆芯余热及金属结构的潜在热，保证堆芯得到及时冷却。

目前电站广泛使用的蓄压安注箱，其流量只有大流量一个模式，因此在实现堆芯再淹没后，持续的大流量安注水会通过破口流出反应堆压力容器，从而导致安注水的损失。为了有效利用这部分安注水，一种新型的具有两阶段流量变化的蓄压安注箱被研制出来，并被用于反应堆设计中。

如日本三菱重工，早在1986年便设计出了一种先进安注箱的原型，同时申请了美国专利7920667号，如图1所示，通过设置形成一定夹角的大流量管1和小流量管2，使得来流在交混室3中交混，来控制流速，从而实现流量的控制。

然而，日本三菱公司的安注箱的大流量阶段的喷嘴有限，为一个。这样，在大流速阶段，由于流动冲击的原因，导致设备易于发生振动，为产品的安全工作增加了不可靠因素。在小流量阶段，日本三菱公司的设计也只有一个喷嘴，因此涡旋的稳定性难以形成。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、可靠性高的、用于蓄压安注水箱的水力学部件。

本发明要解决的另一技术问题在于，提供一种结构简单、可靠性高的、用于蓄压安注水箱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种蓄压安注水箱的水力学部件，包括具有入口段和出口段的立管，设置在所述出口段处、设有出流孔的涡旋腔，以及固定设置在立管出口段附近、并将出口段的水流沿一定方向引导至所述涡旋腔上部入口边缘处的导流组件；

所述涡旋腔沿周向设有贯穿其侧壁的小流量入水口。

在本发明的蓄压安注水箱的水力学部件中，所述立管出口段为环形的大流量喷嘴；所述涡旋腔为圆形的涡旋腔。

在本发明的蓄压安注水箱的水力学部件中，所述立管的出口段为锥形连接段，并与所述涡旋腔紧密相接；

所述涡旋腔的内径大于所述立管的内径。

在本发明的蓄压安注水箱的水力学部件中，所述导流组件包括位于所述锥形连接段内的导流锥、以及位于所述涡旋腔内的圆柱段；

所述导流锥的外径小于所述锥形连接段的内径；所述圆柱段的外径小于所述涡旋腔的内径，并且，所述圆柱段与所述出流孔之间设有与所述小流量入水口相对的混流空间。

在本发明的蓄压安注水箱的水力学部件中，所述小流量入水口与所述涡旋腔的圆弧相切；

所述圆柱段的外围设有导流叶片，所述导流叶片与水平面成一定倾斜角度，使得分别经所述导流锥导流及所述小流量入水口导流进入涡旋腔的两部分流体可以充分交混，交混后的流体在涡旋腔内并没有形成涡旋，而是径直指向所述出流孔。

在本发明的蓄压安注水箱的水力学部件中，所述立管出口段设有锥形导流段；并且所述出流孔位于所述涡旋腔的中心位置。

本发明还提供一种蓄压安注水箱，包括密封承压的水箱主体、以及安注水管；还包括设置在所述水箱主体内的水力学部件；

所述水力学部件包括具有入口段和出口段的立管，设置在所述立管出口段处、设有出流孔的涡旋腔，以及设置在所述出口段与所述涡旋腔之间、将所述出口段的水流沿一定方向引导至所述涡旋腔上部入口边缘处的导流组件；

所述涡旋腔沿周向设有贯穿其侧壁的小流量入水口，所述出流孔与所述安注水管连通。

在本发明的蓄压安注水箱中，所述立管为环形的立管；所述涡旋腔为圆形的涡旋腔；

所述立管的出口段为锥形连接段，与所述涡旋腔紧密相接；所述涡旋腔的内径大于所述立管的内径。

在本发明的蓄压安注水箱中，所述导流组件包括位于所述锥形连接段的导流锥、以及位于所述涡旋腔内的圆柱段；

所述导流锥的外径小于所述锥形连接段的内径；所述圆柱段的外径小于所述涡旋腔的内径，并且，所述圆柱段与所述出流孔之间设有与所述小流量入水口相对的混流空间；

所述小流量入水口与所述涡旋腔的圆弧相切；

所述圆柱段的外围设有导流叶片，所述导流叶片的倾斜角度使得经所述导流锥导流进入涡旋腔与所述小流量入水口进入涡旋腔的两部分流体在腔室内进行搅混，最终搅混后的流体指向所述出流孔。

在本发明的蓄压安注水箱中，所述入口段设有锥形导流段；并且所述出流孔位于所述涡旋腔的中心位置。

实施本发明具有以下有益效果：通过导流组件将水流引导至涡旋腔的上部入水，水流在水力学部件内更为均匀，从而降低了运行的不稳定性；同时，由于小流量入水口设置在涡旋腔的侧面，与立管入水口不在同一个平面，因此，可以获得较为理想的大小流量比，从而可以更为合理的分配安注流量，延长安注时间，降低对能动设备的要求，增加反应堆的安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的安注箱水力学部件的截面示意图；

图2是本发明的蓄压安注箱的截面示意图；

图3是本发明的水力学部件的结构示意图；

图4是本发明的水力学部件的截面局部示意图；

图5是本发明的蓄压安注箱的横向剖视示意图；

图6是本发明的蓄压安注箱的涡旋腔位置处的横向剖视示意图。

具体实施方式

如图2-6所示，是本发明的蓄压安注水箱的一个实施例，包括密封承压的水箱主体10、安注水管20、以及设置在水箱主体10内的水力学部件30，可用于安注箱系统中，为核电站事故工况下提供安注水流。

可以理解的，水箱主体10和安注水管20可以采用现有的核电站的安注水箱、安注水管20，在此不作赘述。

如图3、4所示，是本发明的水力学部件30的一个实施例，该水力学部件30可以使得蓄压安注水箱在事故初期提供大流量安注水，以快速回复堆芯燃料区的水位，后期自动转换为小流速，从而可以减少从破口位置流失的水，延长安注时间，降低对能动设备的要求，增加反应堆的安全性。

如图所示，该水力学部件30包括立管31、涡旋腔32以及导流组件34等，固定设置在水箱主体10内。

该立管设有入口段和出口段，可以使流体在其出口段为环形的大流量喷嘴，形成环流。该立管竖直于水箱主体10的中部，大流量注水阶段，水箱主体10上部的较高水位的水能快速的进入到立管31中。进一步的，该入口段设有锥形导流段311，可以将大流速时的高速流体导向立管31，降低阻力，并降低大小流量转换时的液面波动。

该立管出口段与涡旋腔32连接，将水流注入到涡旋腔32中。在本实施例中，该出口段为锥形连接段312，与涡旋腔32紧密相接，从而可以将来流平稳的导入到涡旋腔32中。可以理解的，出口段与涡旋腔32的之间的连接段也可以根据需要设置成不同形状。

该涡旋腔32连接在出口段，为圆形的涡旋腔32，并且其内径大于立管31的内径，以便来自立管31和小流量入水口33的水流的交混。并且，在涡旋腔32的中心位置开设有出流孔322，与安注水管20连接，从而将交混后的水流通过安注水管20导出，进行事故安注。

该导流组件34固定设置在出口段与涡旋腔32之间的内部空间内，将来自出口段的水流引导至涡旋腔32上部入水口，从而形成环形进流，使得进流更为均匀，从而降低了运行的不稳定性。

如图4所示，该导流组件34包括导流锥341和圆柱段342。该导流锥341位于立管31的锥形连接段312内，并且外径小于锥形连接段312的内径，从而使得流体可以在导流锥341和导流叶片343的共同作用下，注入涡旋腔32。

圆柱段342则位于涡旋腔32上部，圆柱段342的外径小于涡旋腔32的内径，并且，在圆柱段342的外围设有导流叶片343。经过导流叶片343的流体与从小流量入水口33进入的流体在涡旋腔32内进行搅混，混合后的流体指向出流孔322。该导流叶片343与水平面成一定倾斜角度，导流叶片343的倾斜角度可根据实际需求进行调整，使得分别经导流锥341导流及小流量入水口33导流进入涡旋腔32的两部分流体可以充分交混，交混后的流体在涡旋腔32内并没有形成涡旋，而是径直指向出流孔322，经安注水管20排出。

该小流量入水口33开设在涡旋腔32的侧面周沿，并贯穿涡旋腔32的侧壁，从而引入低水位的水流。该小流量入水口33与涡旋腔32的圆弧相切，以便于与立管31的进流进行混流后，指向出流孔322。

进一步的，在圆柱段342与出流孔322之间还设有混流空间321，该混流空间321与小流量入水口33相对，以便进行混流。

在大流量注入阶段，蓄压安注箱内的水在上部氮气压力的作用下，安注水将通过两个途径进入涡旋腔32，一是通过上部立管31的出口段，；另外一方面，一部分流体直接进入小流量入水口33，将从立管31和小流量入水口33同时进入涡旋腔32，并在涡旋腔32的混流空间321内通过动量交换，形成指向涡旋腔32中央出流孔322的有序流动，从而实现大流速的低阻流动。

在小流量注入阶段，只有小流量入水口33有流体注入水力学部件30内部，在涡旋腔32内的混流空间321内形成漩涡，增大了流体的沿程阻力，之后流体从排水口排出，流量较小。

在本实施例的水力学部件30至少具有特点：1）采用环缝布置及导流叶片，使水力学部件进流更加均匀，易于获得稳定的流动和流量；2）由于大流量入流稳定流场的获得，可以降低流致振动的影响，设备运行的机械振动将大大降低；3）由于设置在蓄压安注箱内部，因此既可以用于新型反应堆，也可以用于既有电站的改造。4）该水力学部件30没有运动部件，结构简单，其大小流量的形成不需要外部控制，因此可以提高核电站的非能动安全；5）涡旋腔的侧壁为可拆卸设计，无需整块的面板，易于生产，同时又利于小流量入水口结构的优化。

可以理解的，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，包括具有入口段和出口段的立管，设置在所述出口段处、设有出流孔的涡旋腔，以及固定设置在立管出口段附近、并将出口段的水流沿一定方向引导至所述涡旋腔上部入口边缘处的导流组件；

所述涡旋腔沿周向设有贯穿其侧壁的小流量入水口。

2.根据权利要求1所述的蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，所述立管出口段为环形的大流量喷嘴；所述涡旋腔为圆形的涡旋腔。

3.根据权利要求2所述的蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，所述立管的出口段为锥形连接段，并与所述涡旋腔紧密相接；

所述涡旋腔的内径大于所述立管的内径。

4.根据权利要求3所述的蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，所述导流组件包括位于所述锥形连接段内的导流锥、以及位于所述涡旋腔内的圆柱段；

所述导流锥的外径小于所述锥形连接段的内径；所述圆柱段的外径小于所述涡旋腔的内径，并且，所述圆柱段与所述出流孔之间设有与所述小流量入水口相对的混流空间。

5.根据权利要求4所述的蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，所述小流量入水口与所述涡旋腔的圆弧相切；

所述圆柱段的外围设有导流叶片，所述导流叶片与水平面成一定倾斜角度，使得分别经所述导流锥导流及所述小流量入水口导流进入涡旋腔的两部分流体可以充分交混，交混后的流体在涡旋腔内并没有形成涡旋，而是径直指向所述出流孔。

6.根据权利要求1-5任一项所述的蓄压安注水箱的水力学部件，其特征在于，所述立管出口段设有锥形导流段；并且所述出流孔位于所述涡旋腔的中心位置。

7.一种蓄压安注水箱，包括密封承压的水箱主体、以及安注水管；其特征在于，还包括设置在所述水箱主体内的水力学部件；

所述水力学部件包括具有入口段和出口段的立管，设置在所述立管出口段处、设有出流孔的涡旋腔，以及设置在所述出口段与所述涡旋腔之间、将所述出口段的水流沿一定方向引导至所述涡旋腔上部入口边缘处的导流组件；

所述涡旋腔沿周向设有贯穿其侧壁的小流量入水口，所述出流孔与所述安注水管连通。

8.根据权利要求7所述的蓄压安注水箱，其特征在于，所述立管为环形的立管；所述涡旋腔为圆形的涡旋腔；

所述立管的出口段为锥形连接段，与所述涡旋腔紧密相接；所述涡旋腔的内径大于所述立管的内径。

9.根据权利要求8所述的蓄压安注水箱，其特征在于，所述导流组件包括位于所述锥形连接段的导流锥、以及位于所述涡旋腔内的圆柱段；

所述导流锥的外径小于所述锥形连接段的内径；所述圆柱段的外径小于所述涡旋腔的内径，并且，所述圆柱段与所述出流孔之间设有与所述小流量入水口相对的混流空间；

所述小流量入水口与所述涡旋腔的圆弧相切；

所述圆柱段的外围设有导流叶片，所述导流叶片的倾斜角度使得经所述导流锥导流进入涡旋腔与所述小流量入水口进入涡旋腔的两部分流体在腔室内进行搅混，最终搅混后的流体指向所述出流孔。

10.根据权利要求7-9任一项所述的蓄压安注水箱，其特征在于，所述入口段设有锥形导流段；并且所述出流孔位于所述涡旋腔的中心位置。