CN105702304A - 一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，其特征在于，包括水力回路系统、落棒试验本体和支撑钢平台。本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，在成熟可靠的筒体法兰密封结构的基础上，设计平移和变形加力机构实现模拟驱动线相关设备的错对中安装和受载变形，同时通过双回路水力系统实现模拟堆内复杂的流动状况。

Description

一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置

技术领域

本发明属于核电站反应堆安全性能验证试验技术，具体涉及一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置。

背景技术

压水堆控制棒驱动线由控制棒驱动机构、压力容器顶盖、堆内构件导向筒、燃料组件以及驱动杆连带控制棒组成，是反应堆内构成控制组件上下运动的通道的总成。

控制棒与化控、可燃毒物组成了控制反应堆反应性的三大手段，其中控制棒可控制7％～10％的剩余反应性，可以提供保护燃料多普勒效应、慢化剂温度效应、瞬态氙效应、硼冲稀效应、热态停堆深度。

控制棒落棒是快速控制反应堆的唯一手段，在紧急停堆时的作用尤为重要。紧急落棒时，压水堆控制棒在重力作用下克服冷却剂浮力、流体阻力和结构间摩擦力，在规定的时间内从最高位置插入堆芯，以保证安全停堆。

驱动线结构复杂，是反应堆内唯一具有相对运动的设备单元。落棒时间与各部件结构、制造和安装直接相关，同时受到堆内流场、温度场等参数的影响。控制棒的落棒时间是核电厂安全分析的重要参数之一，也是考核驱动线设计的重要指标。驱动线落棒性能试验研究是保证核电厂安全不可缺少的工作，同时又是一个需要结合机械结构、固体力学、热力学、流体力学、机械振动、电磁学、材料科学、等众多技术的复杂课题。

为充分验证反应堆控制棒驱动线设计能否满足执行安全功能的要求，需要设计、制造能够模拟反应堆内纵向流、横向流复杂冷却剂流动状态，能够模拟顶盖、堆内构件、燃料组件等设备发生变形和安装错对中等等复杂不利状态的驱动线落棒试验装置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置。

反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置包括水力回路系统、落棒试验本体和支撑钢平台。

优选地，所述水力回路系统由两条独立的闭式水力回路系统组成；所述闭式水力回路系统包括主回路、电气系统和冷却系统。

优选地，所述落棒试验本体由一组能够容纳一套全尺寸驱动线相关设备的试验筒体组成、平移和变形加力机构组成。

优选地，所述支撑钢平台为所述落棒试验本体提供吊装、试验的操作空间和对中安装的基础。

本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置能够模拟反应堆控制棒驱动线存在设备安装错对中、受载变形以及堆内冷却剂复杂流动状态，该系统由承压壳体、连接法兰、变形加力装置、错位移动装置及堆内流动状态模拟回路组成。在进行控制棒驱动线落棒性能试验研究时可单一或组合实现以下功能：

可调节控制棒驱动线纵向流流量。

可调节控制棒驱动线横向流流量。

可模拟控制棒驱动机构变形。

可模拟反应堆顶盖水平错位。

可模拟上部导向筒水平错位。

可模拟下部导向筒变形。

可模拟堆芯上板水平错位。

可模拟燃料组件变形。

可模拟反应堆在不同的温度和压力下工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，在成熟可靠的筒体法兰密封结构的基础上，设计平移和变形加力机构实现模拟驱动线相关设备的错对中安装和受载变形，同时通过双回路水力系统实现模拟堆内复杂的流动状况。

2、本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，具有结构可靠、功能齐全、模拟效果符合实际情况的特点，为验证复杂因素综合影响下反应堆的落棒安全性能提供了可靠的试验装置。

附图说明

图1为符合本发明优选实施例的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置的示意图。

图2为水力回路系统的示意图。

图3为落棒试验本体的示意图之一。

图4为落棒试验本体的示意图之二。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以第三代非能动核反应堆AP1000控制棒驱动线落棒试验为例并结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在压水堆压力容器中，根据堆芯反应性控制策略并排布置有数十组控制棒驱动线，每组驱动线自上而下由安装在顶盖上的控制棒驱动机构、安装在上支承板上的上部导向筒，安装在上支撑板和堆芯上板之间的下部导向筒，以及安装在堆芯上板和下板之间的燃料组件组成。在堆内设备制造、安装以及运行的过程中，由于加工、安装和受载等因素，将导致驱动线各设备之间存在一定对中偏差以及模拟事故工况下各设备本身的变形；同时，堆内设备处于复杂的纵向和横向流场中。

为获取反应堆驱动线在上述各不利条件下的落棒时间，本发明取一组全尺寸反应堆控制棒驱动线设备为试验对象，通过设计双回路、错位机构、变形机构等系统和装置实现对复杂的驱动线不利工作条件的模拟。

如图1所示，反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置包括水力回路系统、落棒试验本体和支撑钢平台。

优选地，所述水力回路系统由两条独立的闭式水力回路系统组成；所述闭式水力回路系统包括主回路、电气系统和冷却系统。

优选地，所述落棒试验本体由一组能够容纳一套全尺寸驱动线相关设备的试验筒体组成、平移和变形加力机构组成。

优选地，所述支撑钢平台为所述落棒试验本体提供吊装、试验的操作空间和对中安装的基础。

如图2所示，本实施例采用双环路大水力回路，其中纵向流回路从试验本体底部进水口流入，流经筒体组件一内的燃料组件，从筒体组件二出水口流出，筒体组件一内的方管组件和筒体组件二内的方形出水口很好的模拟了堆内的真实流动情况；横向流回路是对纵向流回路的补充，不用时可通过阀门隔离，使用时接入筒体组件二，为导向筒模拟反应堆上腔时内的横向流动。上述两个回路的流量大小可以调节，按需要模拟静水、小流量、超流量、主泵脱扣惰转以及失水事故等工况。此外，水力回路中设有稳压器、加压泵、冷却塔等设备，用以控制回路流体的压力和温度。

如图3所示，本实施例共设计三处平移错位机构。在制造、安装及运行过程中，驱动线设备之间的相对位置并处于理论对中状态，本发明分别针对顶盖、上支承板、堆芯上板，结合实际情况设计了不同的平移错位机构，对目标设备进行平移作动，同时通过位移测量装置读取平移位移量，能够实现对可能发生的驱动线设备错对中安装状态的模拟。

在模拟驱动线相关设备在模拟事故工况下受载变形方面：本实施例共设计四处变形机构。在运行过程中，由于热应力、辐照伸长及载荷压弯等因素，驱动线相关设备并非保持其理论形状，本发明针对控制棒驱动机构、上部导向筒、下部导向筒和燃料组件设计了不同的变形机构，对目标设备施加变形力，能够模拟控制棒驱动机构的倾斜变形、上部导向筒的倾斜变形、下部导向筒和燃料组件的C型变形，同时通过位移测量机构读取其变形量，实现了对可能发生的驱动线相关设备结构变形的模拟。

本发明所提出的装置已在第三代非能动核电厂AP1000反应堆控制棒驱动线落棒试验中进行了工程应用和检验，结果表明装置稳定可靠，成功地模拟了纵向静水与动水、横向流等复杂流动工况，以及控制棒驱动机构弯曲、顶盖错位、上部导向筒变形与错误、下部导向筒变形、堆芯上板错位、燃料组件变形等不利于反应堆安全停堆因素存在的情况，得到了该型反应堆在各种不利工况下的落棒时间和历程数据，充分地验证了该堆型控制棒驱动线执行安全性能的能力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，在成熟可靠的筒体法兰密封结构的基础上，设计平移和变形加力机构实现模拟驱动线相关设备的错对中安装和受载变形，同时通过双回路水力系统实现模拟堆内复杂的流动状况。

2、本发明提供的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，具有结构可靠、功能齐全、模拟效果符合实际情况的特点，为验证复杂因素综合影响下反应堆的落棒安全性能提供了可靠的试验装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，其特征在于，包括水力回路系统、落棒试验本体和支撑钢平台。

2.如权利要求1所述的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，其特征在于，所述水力回路系统由两条独立的闭式水力回路系统组成；所述闭式水力回路系统包括主回路、电气系统和冷却系统。

3.如权利要求1所述的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，其特征在于，所述落棒试验本体由一组能够容纳一套全尺寸驱动线相关设备的试验筒体组成、平移和变形加力机构组成。

4.如权利要求1所述的反应堆控制棒驱动线综合性能试验验证装置，其特征在于，所述支撑钢平台为所述落棒试验本体提供吊装、试验的操作空间和对中安装的基础。