CN107591213B - 一体化压水反应堆 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种一体化压水反应堆，包括压力壳筒体，压力壳筒体内部设置有毒物罐，毒物罐内部设置有堆芯，堆芯下端设置有流量分配环，毒物罐上窄下宽，毒物罐的窄部外部设置有蒸汽发生器，蒸汽发生器设置在同轴心设置的蒸汽发生器内筒与蒸汽发生器外筒之间，蒸汽发生器内筒套在毒物罐的上端，蒸汽发生器外筒的下端延伸到压力壳筒体的底部，压力壳筒体内部设置有驱动装置；蒸汽发生器上方设置有上腔室，上腔室将毒物罐与蒸汽发生器连通，蒸汽发生器外筒与毒物罐之间形成环形的下降通道，毒物罐下端的圆周侧开有径向的冷却剂流通孔，冷却剂流通孔将下降通道与流量分配环连通。本发明创造结构紧凑、体积小。

Description

一体化压水反应堆
技术领域
本发明创造属于核反应堆领域，尤其是涉及一种适用于核能发电、供热、移动核动力平台的一体化压水反应堆。
背景技术
人类利用核能已有几十年的历史，核电也在世界各国的能源结构中扮演着重要的角色，针对不同的应用需求，各国提出了许多种新颖的反应堆设计方案。
其中，压水反应堆由于其能量密度高、经济成本低的优势，成为世界范围内应用最为广泛的反应堆堆型之一，目前的压水堆多用于大规模供电，整个压水反应堆体积也过于庞大，对于海岛等不便直接供电的偏远区域来说，开发移动式核动力平台是一种有效的解决方案，而减少反应堆的体积是最关键的技术之一。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种一体化压水反应堆，以利用紧凑的结构布置，将蒸汽发生器、主泵等关键部件直接与堆芯设计为一体，从而达到减少了反应堆的体积，降低了反应堆的制造成本的目的。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一体化压水反应堆，包括压力壳筒体，压力壳筒体内部设置有与压力壳筒体同轴心设置的毒物罐，毒物罐内部底部中间设置有堆芯，堆芯下端设置有流量分配环，毒物罐上窄下宽，毒物罐的窄部外部设置有蒸汽发生器，蒸汽发生器设置在同轴心设置的蒸汽发生器内筒与蒸汽发生器外筒之间，蒸汽发生器内筒套在毒物罐的上端，蒸汽发生器外筒的下端延伸到压力壳筒体的底部，所述压力壳筒体内部设置有用于驱动一次侧回路循环流动的驱动装置；
蒸汽发生器上方设置有上腔室，上腔室将毒物罐与蒸汽发生器连通，蒸汽发生器外筒与毒物罐之间形成环形的下降通道，毒物罐下端的圆周侧开有径向的冷却剂流通孔，冷却剂流通孔将下降通道与流量分配环连通。
进一步的,所述蒸汽发生器上方的压力壳筒体内设置有水平设置的硼水隔板，硼水隔板与压力壳筒体内部顶端之间形成上硼水腔，蒸汽发生器外筒与压力壳筒体侧壁和底部之间形成下硼水腔，上硼水腔与下硼水腔内充有硼水，上硼水腔与下硼水腔之间连通，上腔室内的蒸汽发生器外筒侧壁上设置有水压动作阀。
进一步的,所述堆芯下部设置有用于控制反应堆功率的毒物流通器，毒物罐安装在安装座上，毒物流通器伸入到安装座与压力壳筒体之间的下硼水腔内。
进一步的,所述驱动装置包括设置在压力壳筒体顶端的反应堆主泵，反应堆主泵的转动轴伸入到压力壳筒体内，转动轴与毒物罐同轴心，转动轴的自由端设置有叶轮，转动轴和叶轮的圆周侧设置有与转动轴同轴心的主泵泵壳，叶轮上方的上腔室内的主泵泵壳的圆周上开设有若干泵壳溢流孔，泵壳溢流孔将上腔室与毒物罐连通。
进一步的,所述叶轮设置在毒物罐上方的蒸汽发生器内筒内部，主泵泵壳的管径小于蒸汽发生器内筒的内管径，蒸汽发生器内筒向上延伸到压力壳筒体的顶端，蒸汽发生器内筒的侧壁上设置有若干与泵壳溢流孔对应的内筒溢流孔。
进一步的,所述上腔室处的压力壳筒体的侧壁上开有分别与蒸汽发生器连通的二次侧入水口和二次侧蒸汽出口。
进一步的,所述二次侧入水口和二次侧蒸汽出口的数量分别为四个，二次侧入水口和二次侧蒸汽出口均匀交错设置，二次侧入水口和二次侧蒸汽出口的轴心线在同一水平面内且相交于一点。
进一步的,所述蒸汽发生器为直流螺旋管式，蒸汽发生器包括若干螺旋管，螺旋管的进水口与二次侧入水口连通，螺旋管的出水口与二次侧蒸汽出口连通，蒸汽发生器下方的蒸汽发生器外筒的侧壁上固接有转换块，转换块中空，蒸汽发生器与蒸汽发生器外筒之间设置有环形的蒸汽发生器隔板，蒸汽发生器隔板的下端固接在转换块的上端面上，蒸汽发生器隔板两侧的转换块上开有若干与螺旋管连通的转换块通孔。
进一步的,所述压力壳筒体包括上封头和下封头，上封头和下封头之间通过螺纹连接，毒物罐设置在下封头内，驱动装置设置在上封头内。
进一步的,所述毒物罐包括毒物罐下段、毒物罐过渡段和毒物罐上段，毒物罐过渡段为锥形管状，毒物罐上段的管径小于毒物罐下段的管径，蒸汽发生器内筒套在毒物罐上段外侧，蒸汽发生器内筒的内径等于毒物罐上段的外径。
相对于现有技术，本发明创造所述的一体化压水反应堆具有以下优势：
(1)本发明创造的蒸汽发生器被集成到压力壳筒体内部，驱动装置也安装在反应堆上部，这种紧凑的布置形式降低了反应堆的体积，降低了反应堆建造成本；
(2)本发明创造采用硼水代替控制棒对反应堆功率进行调节和非能动停堆，避免了控制棒及其驱动机构的使用，减小了反应堆的体积。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的转换块处的局部放大示意图。
附图标记说明：
1、压力壳筒体；101、上封头；102、下封头；1011、二次侧入水口；1012、二次侧蒸汽出口；2、毒物罐；201、冷却剂流通孔；202、毒物罐下段；203、毒物罐过渡段；204、毒物罐上段；3、堆芯；301、流量分配环；4、蒸汽发生器；401、蒸汽发生器隔板；5、蒸汽发生器内筒；501、内筒溢流孔；6、蒸汽发生器外筒；601、支撑板；2-6、下降通道；7、驱动装置；701、反应堆主泵；702、转动轴；703、叶轮；704、主泵泵壳；7041、泵壳溢流孔；4-8、上腔室；8、硼水隔板；1-8、上硼水腔；1-6、下硼水腔；9、水压动作阀；10、毒物流通器；11、安装座；12、转换块；1201、转换块通孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1、2所示，一体化压水反应堆，包括压力壳筒体1、毒物罐2、堆芯3、蒸汽发生器4、反应堆主泵701等。压力壳筒体1包括上封头101和下封头102。上封头101和下封头102之间通过螺纹连接。毒物罐2设置在下封头102内部，毒物罐2与下封头102同轴心设置。堆芯3的燃料组件设置在毒物罐2内部中部底部，堆芯3下端设置有流量分配环301。毒物罐2的下端通过安装座11安装在下封头102上。毒物罐2为圆柱状且上窄下宽，毒物罐2包括毒物罐下段202、毒物罐过渡段203和毒物罐上段204，毒物罐过渡段203为锥形管状，毒物罐上段204的管径小于毒物罐下段202的管径。
毒物罐上段204的外侧设置蒸汽发生器4，从而减小了蒸汽发生器4的安装空间。蒸汽发生器4设置在蒸汽发生器内筒5与蒸汽发生器外筒6之间，蒸汽发生器内筒5套在毒物罐上段204外侧，蒸汽发生器内筒5的内径等于毒物罐上段204的外径。蒸汽发生器内筒5的高度高于毒物罐上段204的高度。蒸汽发生器外筒6的下端焊接在安装座11上。蒸汽发生器外筒6的外侧壁中部设置有用于与下封头102固定的支撑板601。蒸汽发生器外筒6与毒物罐2的侧壁之间形成环形的空腔，环形的空腔是一次侧回路的下降通道2-6。毒物罐2下端的圆周侧开有径向的冷却剂流通孔201，冷却剂流通孔201将下降通道2-6与堆芯3的流量分配环301连通。
蒸汽发生器4上方的上封头101的圆周侧开有均匀分布的四个二次侧入水口1011和四个二次侧蒸汽出口1012，二次侧入水口1011和二次侧蒸汽出口1012交错设置，其轴心线在同一个水平的平面内，二次侧入水口1011和二次侧蒸汽出口1012的轴心线在同一水平面内且相交于一点。二次侧入水口1011和二次侧蒸汽出口1012上方的上封头101内设置有水平设置的硼水隔板8，硼水隔板8与上封头101的内部顶部之间形成上硼水腔1-8。硼水隔板8与蒸汽发生器之间形成用于一次侧回路水循环的上腔室4-8。蒸汽发生器内筒5的上端延伸到硼水隔板8处且与硼水隔板8的下端面固接。蒸汽发生器外筒6、安装座11与压力壳筒体1之间形成下硼水腔1-6，上硼水腔1-8与下硼水腔1-6通过压力壳筒体1上的连通孔连通，上腔室4-8内的蒸汽发生器外筒6侧壁上设置有水压动作阀9。水压动作阀9可以在一次侧回路内的压差作用下释放硼水从而对反应堆实现非能动停堆。
反应堆主泵701通过法兰安装于上封头101顶端，反应堆主泵701的转动轴702伸入到上封头101内部，转动轴702的端部设置有叶轮703，转动轴702和叶轮703的圆周侧设置有主泵泵壳704。转动轴702和主泵泵壳704分别与毒物罐2同轴心。主泵泵壳704与转动轴702穿过上硼水腔1-8伸入到蒸汽发生器内筒5内。叶轮703上方的上腔室4-8内的主泵泵壳704的圆周上开设有若干泵壳溢流孔7041，蒸汽发生器内筒5上与泵壳通孔相对应的位置设置有内筒溢流孔501，泵壳溢流孔7041和内筒溢流孔501将上腔室4-8与毒物罐2连通。主泵泵壳704分别固定在硼水隔板8和蒸汽发生器内筒5上。
蒸汽发生器4为直流螺旋管式，包括若干螺旋管，螺旋管通过支撑板601整体安装于蒸汽发生器内筒5和蒸汽发生器外筒6之间。螺旋管下方的蒸汽发生器外筒6侧壁上设置有水平设置的环形的转换块12，转换块12内部中空，转换块12用于转换螺旋管内部液体的流动方向。螺旋管的进水口与二次侧入水口1011连通，螺旋管的出气口与二次侧蒸汽出口1012连通。螺旋管与蒸汽发生器外筒6之间设置有蒸汽发生器隔板401，蒸汽发生器隔板401与蒸汽发生器外筒6之间形成用于容纳螺旋管的空腔，蒸汽发生器隔板401两侧的转换块12上开有若干与螺旋管连通的转换块通孔1201。
堆芯3的底部设置有毒物流通器10，毒物流通器10伸入到安装座11与下封头102底部之间的下硼水腔1-6内，毒物流通器10为蜂窝状结构，毒物流通器10能够在压差作用下控制硼水的出入，从而达到控制反应堆功率的目的。
本发明创造的工作原理：
反应堆主泵701通过旋转驱动毒物罐2内的一次侧液体向上提升，一次侧液体流动到泵壳溢流孔7041位置后流出，经过内筒溢流孔501流入到上腔室4-8，进入上腔室4-8后沿着蒸汽发生器4的螺旋管外侧继续向下流动对螺旋管的管壁进行加热；经过蒸汽发生器4后一次侧液体温度降低，一次侧液体沿着蒸汽发生器外筒6与毒物罐2外壁的下降通道2-6向下流，然后通过毒物罐2的冷却剂流通孔201流入堆芯3，一次侧液体在毒物罐2内由下至上的继续流动，一次侧液体的温度在堆芯3内进行加热，加热后流出堆芯3继续升高，然后流出毒物罐2，完成一次侧液体的加热-冷却的循环过程；二次侧液体从二次侧入水口1011流入，在螺旋管内受热后变成过热蒸汽从二次侧蒸汽出口1012流出，然后推动汽轮机进行发电。
反应堆的非能动停堆是通过水压动作阀9实现的，一次侧回路压力高时，在压力作用下，水压动作阀9的活塞被推起从而保持上硼水腔1-8和下硼水腔1-6的硼水回路封闭；若一次侧回路压力低时，水压动作阀9的活塞在重力作用下降落，水压动作阀9打开，大量硼水注入一次侧回路对反应堆进行非能动停堆。
反应堆的功率调节是通堆芯3下方的毒物流通器10实现的，毒物流通器10是一种蜂窝状的混合防止器，其可以在压差作用下控制硼水流量，实现对一次侧硼水浓度的调节，从而实现对反应堆功率的调节。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一体化压水反应堆，其特征在于：
包括压力壳筒体(1)，压力壳筒体(1)内部设置有与压力壳筒体(1)同轴心设置的毒物罐(2)，毒物罐(2)内部底部中间设置有堆芯(3)，堆芯(3)下端设置有流量分配环(301)，毒物罐(2)上窄下宽，毒物罐(2)的窄部外部设置有蒸汽发生器(4)，蒸汽发生器(4)设置在同轴心设置的蒸汽发生器内筒(5)与蒸汽发生器外筒(6)之间，蒸汽发生器内筒(5)套在毒物罐(2)的上端，蒸汽发生器外筒(6)的下端延伸到压力壳筒体(1)的底部，所述压力壳筒体(1)内部设置有用于驱动一次侧回路循环流动的驱动装置(7)；
蒸汽发生器(4)上方设置有上腔室(4-8)，上腔室(4-8)将毒物罐(2)与蒸汽发生器(4)连通，蒸汽发生器外筒(6)与毒物罐(2)之间形成环形的下降通道(2-6)，毒物罐(2)下端的圆周侧开有径向的冷却剂流通孔(201)，冷却剂流通孔(201)将下降通道(2-6)与流量分配环(301)连通；
所述压力壳筒体包括上封头和下封头，上封头和下封头之间通过螺纹连接，毒物罐设置在下封头内，驱动装置设置在上封头内；
所述驱动装置包括设置在压力壳筒体顶端的反应堆主泵，反应堆主泵的转动轴伸入到压力壳筒体内，转动轴与毒物罐同轴心，转动轴的自由端设置有叶轮，转动轴和叶轮的圆周侧设置有与转动轴同轴心的主泵泵壳，叶轮上方的上腔室内的主泵泵壳的圆周上开设有若干泵壳溢流孔，泵壳溢流孔将上腔室与毒物罐连通；
所述毒物罐包括毒物罐下段、毒物罐过渡段和毒物罐上段，毒物罐过渡段为锥形管状，毒物罐上段的管径小于毒物罐下段的管径，蒸汽发生器内筒套在毒物罐上段外侧，蒸汽发生器内筒的内径等于毒物罐上段的外径。
2.根据权利要求1所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述蒸汽发生器(4)上方的压力壳筒体(1)内设置有水平设置的硼水隔板(8)，硼水隔板(8)与压力壳筒体(1)内部顶端之间形成上硼水腔(1-8)，蒸汽发生器外筒(6)与压力壳筒体(1)的侧壁和底部之间形成下硼水腔(1-6)，上硼水腔(1-8)与下硼水腔(1-6)内充有硼水，上硼水腔(1-8)与下硼水腔(1-6)之间连通，上腔室(4-8)内的蒸汽发生器外筒(6)侧壁上设置有水压动作阀(9)。
3.根据权利要求2所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述堆芯(3)下部设置有用于控制反应堆功率的毒物流通器(10)，毒物罐(2)安装在安装座(11)上，毒物流通器(10)伸入到安装座(11)与压力壳筒体(1)之间的下硼水腔(1-6)内。
4.根据权利要求1所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述叶轮(703)设置在毒物罐(2)上方的蒸汽发生器内筒(5)内部，主泵泵壳(704)的管径小于蒸汽发生器内筒(5)的内管径，蒸汽发生器内筒(5)向上延伸到压力壳筒体(1)的顶端，蒸汽发生器内筒(5)的侧壁上设置有若干与泵壳溢流孔(7041)对应的内筒溢流孔(501)。
5.根据权利要求1所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述上腔室(4-8)处的压力壳筒体(1)的侧壁上开有分别与蒸汽发生器(4)连通的二次侧入水口(1011)和二次侧蒸汽出口(1012)。
6.根据权利要求5所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述二次侧入水口(1011)和二次侧蒸汽出口(1012)的数量分别为四个，二次侧入水口(1011)和二次侧蒸汽出口(1012)均匀交错设置，二次侧入水口(1011)和二次侧蒸汽出口(1012)的轴心线在同一水平面内且相交于一点。
7.根据权利要求5所述的一体化压水反应堆，其特征在于：
所述蒸汽发生器(4)为直流螺旋管式，蒸汽发生器(4)包括若干螺旋管，螺旋管的进水口与二次侧入水口(1011)连通，螺旋管的出水口与二次侧蒸汽出口(1012)连通，蒸汽发生器(4)下方的蒸汽发生器外筒(6)的侧壁上固接有转换块(12)，转换块(12)中空，蒸汽发生器(4)与蒸汽发生器外筒(6)之间设置有环形的蒸汽发生器隔板(401)，蒸汽发生器隔板(401)的下端固接在转换块(12)的上端面上，蒸汽发生器隔板(401)两侧的转换块(12)上开有若干与螺旋管连通的转换块通孔(1201)。
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