CN104637553A - 流量分配装置及具有该装置的核反应堆组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流量分配装置，其包括呈凹陷结构的流量分配件，凹陷结构形成具有开口的流量分配腔，流量分配件呈悬空的设置于压力容器内且位于核反应堆芯的正下方，流量分配件的开口朝向核反应堆芯，流量分配件的底部的中心处还贯穿开设有中心孔，所述中心孔位于核反应堆芯的正下方，流量分配件上还贯穿开设有若干分流孔；冷却剂在中心孔及分流孔的作用下均匀且稳定的流入核反应堆芯中，并且冷却剂在中心孔的作用下有效的防止了漩涡的产生，进一步的提高了冷却剂流量分配的均匀性和稳定性，同时由于无漩涡产生使得核反应堆的安全性和可靠性得到保障，减少了核安全事故的发生；另，本发明还公开了一种具有该流量分配装置的核反应堆组件。

Description

流量分配装置及具有该装置的核反应堆组件

技术领域

本发明涉及一种核反应堆设备，尤其涉及一种优化压力容器内冷却剂分布的流量分配装置及核反应堆组件。

背景技术

随着核能利用技术的成熟，核电站的安全性也得到不断提高，核电站的建设逐渐的成为国家发展的重要能源保障。

一定数量的燃料棒按照一定间隔排列(如：15×15或17×17等)并被固定成一束，称为反应堆燃料组件，反应堆燃料组件主要由管座、上下管座、定位格架、导向管和燃料棒组成。一般反应堆燃料组件在核反应堆中使用3-5年的时间，由于其处于强中子场中，需经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时需承受裂变产物化学作用和复杂的机械载荷，因此工作条件十分苛刻。

众所周知，核反应堆内的链式反应会产生大量对人体有害的放射性物质，如碘131、铯137等，为了避免这些放射性物质泄漏，核反应堆外设置了多层防护层：第一层，锆合金外壳，为了避免燃料棒里的放射性物质与冷却剂接触，在燃料棒外包裹了一层锆合金外壳，该锆合金外壳可承受1200℃的高温；第二层，反应堆压力容器，该反应堆压力容器用于收容核反应堆芯，核反应堆芯工作时会产生巨大的蒸汽压力，所以反应堆压力容器由高强度合金钢制成，其防护作用是，在燃料棒的锆合金外壳出现破损时，确保放射性物质不会大规模的泄露；第三层，混凝土安全外壳，罩于反应堆压力容器之外，其主要作用是，在反应堆压力容器爆炸或破损后，防止大量放射性物质、放射性废水泄露到外界，值得一提的是，前苏联切尔若贝利核电站的反应堆由于没有该安全外壳，因此导致反应堆爆炸后轻易将厂房炸开，从而导致大量放射性尘埃直接进入大气，造成周围环境的长时间严重核污染，形成无人区的严重后果。

因此，燃料棒在核反应堆芯发生可控的链式反应，产生大量热量，这些热量通过冷却剂的转化直接推动汽轮发电机，从而实现核能的利用，即：冷却剂是来将核裂变所释放出的能量转移到反应堆外的锅炉或涡轮机中，并将动能转变为电能的载体。冷却剂可以是液体，也可以是气体,通过传送泵在核反应堆和锅炉之间循环传送；有时冷却剂也可以兼做减速剂。

由上述可知，对核反应堆设置多层防护的主要目的在于确保核反应堆发生爆炸等意外事故后，使得核反应堆内的放射性物质不会大量的泄露至外界，而确保核反应堆不发生爆炸的决定性因素，就是控制核反应堆芯内链式反应速度和温度，因此压力容器内冷却剂的流量分配及控制事关重要，其直接影响到发电效率及整个核反应堆的安全性。如，西屋公司AP1000的初始设计并没有在压力容器的内设置流量分配裙，在这种情况下进行的CFD计算表明，核反应堆芯入口流量分配是不可接受的。因此，西屋公司在压力容器内增设了流量分配裙50`(见图1),该流量分配裙50`呈环状结构并开设有若干等径的小孔51`，并重新进行了CFD计算，下表给出了有无流量分配裙50`的堆芯流量分配情况：

由上述对比表可知，增设了流量分配裙50`后，流量分配更加均匀，从而能进一步的提高发电效率及核反应的安全性。

结合图2所示，该种结构的流量分配裙50`安装于压力容器10`中，在工作时，当冷却剂在下封头11`内快速流动时，由于流量分配裙50`自身结构的设计缺陷及支撑件32`对冷却剂的阻挡，使得冷却剂在下封头内会出现较强的漩涡，造成堆内构件脱落的现象发生，从而产生安全事故，因此该种结构的流量分配裙在有待亟需改进。

基于上述理由，本申请人经过长期的调研和生产实践，研制出来具有高稳定性和可靠性的流量分配装置，该流量分配装置与现有的流量分配裙相比，在结构设计、流量分配均匀性及防漩涡性上突破了现有的观念，通过较小的结构改动弥补了现有的流量分配裙所存在的缺陷，并且取得了积极的有益效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流量分配均匀、可靠、稳定且能有效防止漩涡产生的流量分配装置。

本发明的另一目的在于提供一种具有流量分配装置的核反应堆组件，所述流量分配装置使冷却液流量分配均匀、可靠、稳定且能有效防止漩涡产生。

为实现上述目的，本发明提供了一种流量分配装置，适用于对压力容器内的冷却剂进行流量分配，其中，所述流量分配装置包括呈凹陷结构的流量分配件，所述凹陷结构形成具有开口的流量分配腔，所述流量分配件呈悬空的设置于所述压力容器内且位于所述核反应堆芯的正下方，所述流量分配件的开口朝向所述核反应堆芯，所述流量分配件的底部的中心处还贯穿开设有中心孔，所述中心孔位于所述核反应堆芯的正下方，所述流量分配件上还贯穿开设有若干分流孔。

较佳地，所述流量分配件的上边缘向外凸伸形成凸缘，所述凸缘与所述核反应堆芯的堆芯下支撑板连接。

较佳地，所述流量分配装置还包括支撑件，所述支撑件的下端固定于所述压力容器的下封头上，所述流量分配件固定于所述支撑件的上端。

较佳地，所述分流孔以所述中心孔为中心均匀的分布。

较佳地，所述流量分配件上的分流孔从下至上逐渐变小。

较佳地，所述流量分配件呈中空结构的半球形，所述中空结构形成所述流量分配腔。

较佳地，所述流量分配件呈中空结构的半椭球形，所述中空结构形成所述流量分配腔。

较佳地，所述分流孔及中心孔呈竖直方向开设于所述流量分配件上。

较佳地，所述分流孔及中心孔的轴心线垂直于所述流量分配件的壁面。

本发明提供的核反应堆组件，包括压力容器，所述压力容器内设置有吊篮，所述吊篮内设置有核反应堆芯，所述压力容器连接有冷热管，其中，还包括如上述所述的流量分配装置，所述流量分配装置的流量分配件呈悬空的设置于所述压力容器内的核反应堆芯的正下方。

与现有技术相比，由于本发明的流量分配装置的流量分配件呈凹陷结构，并且该流量分配件呈悬空的设置于压力容器内的核反应堆芯的正下方，所述流量分配件的开口朝向所述核反应堆芯，流量分配件的底部的中心处还贯穿开设有中心孔，中心孔位于核反应堆芯的正下方，流量分配件上还贯穿开设有若干分流孔，冷却剂在中心孔及分流孔的作用下均匀且稳定的流入核反应堆芯中，并且冷却剂在中心孔的作用下有效的防止了漩涡的产生，进一步的提高了冷却剂流量分配的均匀性和稳定性，同时由于无漩涡产生使得核反应堆的安全性和可靠性得到保障，减少了核安全事故的发生。

附图说明

图1是现有的流量分配裙的结构示意图。

图2是安装有图1所示的流量分配裙的核反应堆组件结构示意图。

图3是本发明核反应堆组件的第一实施例结构示意图。

图4是本发明核反应堆组件的第二实施例结构示意图。

图5是本发明流量分配装置的流量分配件呈半球形的结构示意图。

图5a是图5的另一视角结构示意图。

图5b是图5的侧面结构示意图。

图5c是图5的仰视结构示意图。

图6是本发明流量分配装置的流量分配件呈半椭球形的结构示意图。

图6a是图6的另一视角结构示意图。

图6b是图6的侧面结构示意图。

图6c是图6的仰视结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

如图3及图4所示，本发明核反应堆组件100包括压力容器10，所述压力容器10内设置有吊篮20，所述吊篮20内设置有核反应堆芯30，所述压力容器10连接有冷热管40，该核反应堆组件100还包括流量分配装置，所述流量分配装置具有流量分配件50，该流量分配件50呈悬空的设置于所述压力容器10内且位于所述核反应堆芯30的正下方；由于本发明的核反应堆组件100具有流量分配装置，因此压力容器10内的冷却剂可均匀、稳定的流入核反应堆芯30中。具体地，本发明的流量分配装置的流量分配件50通过如下两种方式呈悬空的设置于压力容器10内，具体如下：

第一种方式，如图3所示，本发明的流量分配件50的上边缘向外凸伸形成凸缘51，所述凸缘51与所述核反应堆芯30的堆芯下支撑板31通过焊接或螺纹连接的方式连接起来，从而使得本发明的流量分配件50呈悬空的设置在压力容器10中，且核反应堆芯30的堆芯下支撑板31压覆于该流量分配件50的开口52上，进而流过本发明的流量分配件50的冷却剂可直接进入核反应堆芯30中；结构简单且设计合理。

第二种方式，如图4所示，所述流量分配装置还包括支撑件32，所述支撑件32的下端321固定于所述压力容器10的下封头11上，所述流量分配件50固定于所述支撑件32的上端322，从而使得流量分配件50在支撑件32的作用下呈悬空的设置在压力容器中，且核反应堆芯30的堆芯下支撑板31压覆于该流量分配件50的开口52上，进而流过本发明的流量分配件50的冷却剂可直接进入核反应堆芯30中；结构简单且易于安装和维护。

以上所揭露的两种使流量分配件50呈悬空设置于压力容器10中的实施方式仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定使流量分配件50呈悬空设置至权利范围，本领域技术人员在本发明所提供的技术方案的前提下，无需任何创造性的劳动还可提出其它的方案，如通过其它支撑的方式和焊接的方式使得流量分配件50呈悬空的设置于压力容器10内，因此，在此不再详细阐述。

以下结合图5-图6c对本发明的核反应堆组件100的流量分配装置作进一步详细的说明：

结合图5-图6c所示，本发明的流量分配装置包括呈凹陷结构的流量分配件50，所述凹陷结构形成具有开口52的流量分配腔53，所述流量分配件50通过上述凸缘51与堆芯下支撑板31焊接的方式或通过被支撑件32所支撑的方式而呈悬空的设置于压力容器10内且位于核反应堆芯30的正下方，所述流量分配件50的开口52朝向所述核反应堆芯30，所述流量分配件50的底部的中心处还贯穿开设有中心孔54，所述中心孔位于所述核反应堆芯30的正下方，所述流量分配件50上还贯穿开设有若干分流孔55。

继续结合图5-图6c所示，较佳者，所述分流孔55以所述中心孔54为中心均匀的分布；均匀分布的分流孔55，进一步提高冷却剂流量分配的均匀性，从而确保了工作的稳定性和安全性。

继续结合图5-图6c所示，较佳者，所述流量分配件50上的分流孔55从下至上逐渐变小；即，每个水平高度上的分流孔55大小相同，不同水平高度的分流孔55在竖直方向上形成多排孔，位于上排的分流孔55比其下排的分流孔55孔径小。

继续结合图5-图5c所示，较佳者，所述流量分配件50呈中空结构的半球形，所述中空结构形成所述流量分配腔53；该实施例中的流量分配件50的上边缘向外凸伸形成凸缘51，所述凸缘51与所述核反应堆芯30的堆芯下支撑板31通过焊接的方式连接起来，从而使得本发明的流量分配件50呈悬空的设置在压力容器中，且核反应堆芯30的堆芯下支撑板31压覆于该流量分配件50的开口52上，进而流过本发明的流量分配件50的冷却剂可直接进入核反应堆芯30中。

继续结合图6-图6c所示，较佳者，所述流量分配件50呈中空结构的半椭球形，所述中空结构形成所述流量分配腔53。

继续结合图5-图6c所示，较佳者，所述分流孔55及中心孔54呈竖直方向开设于所述流量分配件50上；即分流孔55及中心孔54的轴线呈竖直方向。

继续结合图5-图6c所示，较佳者，所述分流孔55及中心孔54的轴心线垂直于所述流量分配件50的壁面；即分流孔55及中心孔54的开设方向与流量分配件50的壁面垂直。

由上可知，本发明的流量分配件50的中心孔54的孔径相比分流孔55较大，当冷却剂沿下封头11的内壁面和流量分配件50的外壁面之间形成的环腔向下流动，并在流动过程中通过分流孔55并同时向流量分配腔53内均匀流入，当部分剩余冷却剂流动到中心孔54的高度时，该部分冷却剂通过中心孔54进入流量分配腔53内；由于中心孔54只有一个且孔径较大，并且距离核反应堆芯30的入口最远，因此通过中心孔54的冷却剂不会对核反应堆芯30的入口流量分配不均匀性产生影响；开设较大的中心孔54，可以减小流量分配件50及下封头11内其他组件的局部阻力系数，不至于给提供动力给冷却剂的第一回路主泵增大过大的负荷，优化核反应系统的第一回路系统水利特性；另，在核反应堆发生大破口失水事故时，流量分配件50可减小喷放阶段核反应堆芯30逆向流，大破口失水事故的喷放阶段，由于核反应堆芯30汽化，核反应堆芯30出现逆向流动，大量核反应堆芯30流体从核反应堆芯30经过下封头11向下降段流动，从而导致核反应堆芯30传热恶化，而流量分配件50增大了冷却剂从核反应堆芯30的入口向下降段逆流的流动阻力，即在发生大破口失水事故时流量分配件50形成拦护作用，减小逆流压头和逆流流量，从而控制和缓解事故的升级。

结合图3-图6c所示，由于本发明的流量分配装置的流量分配件50呈凹陷结构，并且该流量分配件呈悬空的设置于压力容器10内的核反应堆芯30的正下方，所述流量分配件50的开口52朝向所述核反应堆芯30，流量分配件50的底部的中心处还贯穿开设有中心孔54，该中心孔54位于核反应堆芯30的正下方，流量分配件50上还贯穿开设有若干分流孔55，冷却剂在中心孔54及分流孔55的作用下均匀且稳定的流入核反应堆芯30中，并且冷却剂在中心孔54的作用下有效的防止了漩涡的产生，进一步的提高了冷却剂流量分配的均匀性和稳定性，同时由于无漩涡产生使得核反应堆的安全性和可靠性得到保障，减少了核安全事故的发生；因此，本发明的流量分配装置与现有的流量分配裙相比，在结构设计、流量分配均匀性及防漩涡性上突破了现有的观念，通过较小的结构改动弥补了现有的流量分配裙所存在的缺陷，并且取得了积极的有益效果。

另，本发明所涉及的压力容器10、吊篮20及核反应堆芯30具体结构及工作原理，均为本领域普通技术人员所熟知的，在此不再作详细的说明。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种流量分配装置，适用于对压力容器内的冷却剂进行流量分配，其特征在于：所述流量分配装置包括呈凹陷结构的流量分配件，所述凹陷结构形成具有开口的流量分配腔，所述流量分配件呈悬空的设置于所述压力容器内且位于所述核反应堆芯的正下方，所述流量分配件的开口朝向所述核反应堆芯，所述流量分配件的底部的中心处还贯穿开设有中心孔，所述中心孔位于所述核反应堆芯的正下方，所述流量分配件上还贯穿开设有若干分流孔。

2.如权利要求1所述的流量分配装置，其特征在于：所述流量分配件的上边缘向外凸伸形成凸缘，所述凸缘与所述核反应堆芯的堆芯下支撑板连接。

3.如权利要求1所述的流量分配装置，其特征在于：还包括支撑件，所述支撑件的下端固定于所述压力容器的下封头上，所述流量分配件固定于所述支撑件的上端。

4.如权利要求1所述的流量分配装置，其特征在于：所述分流孔以所述中心孔为中心均匀的分布。

5.如权利要求4所述的流量分配装置，其特征在于：所述流量分配件上的分流孔从下至上逐渐变小。

6.如权利要求4所述的流量分配装置，其特征在于：所述流量分配件呈中空结构的半球形，所述中空结构形成所述流量分配腔。

7.如权利要求4所述的流量分配装置，其特征在于：所述流量分配件呈中空结构的半椭球形，所述中空结构形成所述流量分配腔。

8.如权利要求4所述的流量分配装置，其特征在于：所述分流孔及中心孔呈竖直方向开设于所述流量分配件上。

9.如权利要求4所述的流量分配装置，其特征在于：所述分流孔及中心孔的轴心线垂直于所述流量分配件的壁面。

10.一种核反应堆组件，包括压力容器，所述压力容器内设置有吊篮，所述吊篮内设置有核反应堆芯，所述压力容器连接有冷热管，其特征在于：还包括如权利要求1-9中任一项所述的流量分配装置，所述流量分配装置的流量分配件呈悬空的设置于所述压力容器内的核反应堆芯的正下方。