CN107658031B - 压水型核反应堆嵌套式组件 - Google Patents
压水型核反应堆嵌套式组件 Download PDFInfo
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Abstract
压水型核反应堆嵌套式组件，包括筒壁上设置有多个流水孔的内层流量分配筒及外层流量分配筒和外层流量分配板；外层流量分配筒上端设置有与堆芯下支承板连接的外法兰，外层流量分配板的数量至少为三个，板面上设置有多个流水孔；内层流量分配筒放置在外层流量分配筒的内腔且它们的中心线重合，各外层流量分配板在内层流量分配筒外壁与外层流量分配筒内壁围成的环形空间分散布置，且各外层流量分配板的两侧面分别与内层流量分配筒的外壁、外层流量分配筒的内壁固连。该嵌套式组件用于冷却剂流量分配，可降低堆芯入口边缘处冷却剂流量的衰减，阻止冷却剂在下腔室内的窜动与扰动并消涡抑流及增大熔化成的金属量。
Description
技术领域
本发明属于核电技术领域，涉及一种压水型核反应堆下腔室内安装的适用于冷却剂流量分配的组件(或装置)。
背景技术
反应堆在核电站的作用就象是水电站的水轮发电机组，可以说，它是整个核电站系统的心脏。其中，核燃料在反应堆内部维持可控的链式裂变反应，核裂变产生的能量使流经反应堆的冷却剂温度升高，然后通过冷却剂循环回路将热量从堆芯内部导出。在此过程中，反应堆冷却剂在堆芯内的分布均匀系数将直接影响到堆芯的温度分布，同时对热管因子，DNBR等堆芯关键安全参数有重要影响。
为了使燃料组件得到充分的冷却，满足反应堆热工水力的要求，提升反应堆整体性能，则冷却剂在进入堆芯之前，其均匀性需要得到保证，因为它关系到堆芯燃料组件产生的热量能否及时且顺利的导出；另外，在核电站的安全评估方面，若在严重事故工况会发生堆芯熔融，堆芯以下所有的堆内构件包括流量分配装置都会融化成液态，与压力容器内壁接触，将堆芯热量导出。则该工况事故下，需要有足够多的金属与压力容器内壁接触，以此来增大传热面积，保证反应堆压力容器不会被熔穿，造成核泄漏等重大灾难。
为了达到上述目的，流量分配装置的结构非常重要。现有技术中已公开了多种流量分配装置，为了克服传统孔板式结构的流量分配装置存在的结构复杂、流量分配效果不理想以及安装、检修较为困难的问题，近年来流量分配装置的结构以多孔碗形结构的形式为主(见ZL201210126989.1、ZL201210137211.0、ZL201410188559.1)，此类结构形式的流量分配装置虽然简化了结构，提高了流量分配的均匀性，便于更换和检修，但还存在以下不足：冷却剂在堆芯入口边缘处的流量有较大衰减；难以消除冷却剂在下腔室内的窜动与扰动及下封头内凹结构所引起的涡流；当严重事故工况发生时，流量分配装置熔化成的金属量偏少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种压水型核反应堆嵌套式组件，以降低堆芯入口边缘处冷却剂流量的衰减，阻止冷却剂在下腔室内的窜动与扰动并消涡抑流及增大熔化成的金属量。
本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件，包括内层流量分配筒、外层流量分配筒和外层流量分配板；所述外层流量分配筒为两端开口的筒体，其筒壁上设置有多个流水孔，上端设置有与堆芯下支承板连接的外法兰，其内腔的径向尺寸大于内层流量分配筒的径向外轮廓尺寸；所述内层流量分配筒为两端开口的筒体，其筒壁上设置有多个流水孔；所述外层流量分配板的数量至少为三个，板面上设置有多个流水孔；内层流量分配筒放置在外层流量分配筒的内腔且它们的中心线重合，各外层流量分配板在内层流量分配筒外壁与外层流量分配筒内壁围成的环形空间分散布置，且各外层流量分配板的两侧面分别与内层流量分配筒的外壁、外层流量分配筒的内壁固连，将内层流量分配筒和外层流量分配筒组合成一体，形成嵌套式结构。
为了更有效的阻止冷却剂在下腔室内的窜动与扰动并消涡抑流及增大压水型核反应堆嵌套式组件熔化成的金属量，可设置内层流量分配板，所述内层流量分配板的数量至少为两个，板面上设置有多个流水孔，各内层流量分配板安装在内层流量分配筒的内腔，它们的一侧面分别与内层流量分配筒的内壁固连，另一侧面相互固连，将内层流量分配筒内腔分隔成多个区间。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配筒和外层流量分配筒优选圆筒体或上大下小的圆锥台形筒体，组配形式有：内层流量分配筒和外层流量分配筒均为圆筒体，或者内层流量分配筒和外层流量分配筒均为上大下小的圆锥台形筒体，或者外层流量分配筒为圆筒体、内层流量分配筒为上大下小的圆锥台形筒体，或者外层流量分配筒为上大下小的圆锥台形筒体、内层流量分配筒为圆筒体。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配筒、外层流量分配筒的高度可以是：内层流量分配筒和外层流量分配筒的高度相等，或者内层流量分配筒的高度大于外层流量分配筒的高度，或者内层流量分配筒的高度小于外层流量分配筒的高度。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，外层流量分配筒筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，每一层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同或交错成一定角度，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向相同或交错成一定角度；内层流量分配筒筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配板、外层流量分配板板面上设置的流水孔排列成多行，相邻两行流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配筒与外层流量分配筒之间的间距至少为400mm。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配筒、外层流量分配筒、外层流量分配板和内层流量分配板上设置的流水孔形状为圆形、椭圆形或多边形。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，内层流量分配筒、外层流量分配筒、外层流量分配板和内层流量分配板的厚度主要以满足强度需要考虑。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，外层流量分配板与内层流量分配筒、外层流量分配筒的固连可以通过焊接或螺纹连接实现，内层流量分配板与内层流量分配筒的固连可以通过焊接或螺纹连接实现，内层流量分配板之间的固连可以通过焊接实现。
上述压水型核反应堆嵌套式组件，外层流量分配筒和外法兰为一体化结构或组合式结构，若为一体化结构，可通过锻造或压制整体成型，若为组合式结构，可通过焊接将外层流量分配筒和外法兰固连。
本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件保持了现有多孔碗形结构式流量分配装置结构简单、便于更换和检修的优点，并具有以下不同的有益技术效果：
(1)使用本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件，冷却剂经下降腔沿压力容器下封头上部周边进入下腔室的过程中，外流量分配筒与压力容器下封头上部之间形成“上宽下窄”的类锥环状流道，冷却剂在经过该类锥环状流道过程中，压强会逐渐增大，促使一部分冷却剂沿着外流量分配筒筒壁上的流水孔直接进入堆芯入口四周，因而降低了冷却剂流量在堆芯入口边缘处的衰减，使冷却剂在堆芯入口处流量分配更加均匀。
(2)本发明所述压水型核反应堆用嵌套式组件，充分利用了空间分离原理，外层流量分配筒、外层流量分配板和内层流量分配筒的组合，或外层流量分配筒、外层流量分配板、内层流量分配筒和内层流量分配板的组合，将下腔室冷却剂的流动空间划分为几个区间，因而可有效阻止不同区域冷却剂的相互窜动与扰动，使得下腔室冷却剂更加稳定均匀。
(3)由于压力容器下封头底部内壁为上凹的半圆弧状，因而冷却剂流经下封头底部时会产生大量涡流，这在很大程度上影响了下腔室冷却剂的稳定性及堆芯入口处流量分配的均匀性，本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件的结构，可以大大消除因下封头底壁所引起的涡流，使流量分配效果更好。
(4)本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件，在核电站发生严重事故的工况下，外层、内层流量分配筒及外层、内层流量分配板都会被融化成液态，因而会有足够多的金属与压力容器内壁接触，以此来增大传热面积，避免反应堆压力容器被熔穿，提高安全性。
附图说明
图1是本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件的第一种结构示意图。
图2是图1中外层流量分配筒的形状和结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大图。
图4是图1中内层流量分配筒的形状和结构示意图；
图5是图1中外层流量分配板或内层流量分配板的形状和结构示意图。
图6是本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件的第二种结构示意图。
图7是本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件的第三种结构示意图。
图8是本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件的第四种结构示意图。
图9是本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件在核反应堆压力容器下腔室中的安装示意图。
图中，1-外法兰，2-内层流量分配板，3-内层流量分配筒，4-外层流量分配板，5-外层流量分配筒，6-吊篮组件，7-堆芯下支承板，8-下降腔，9-下腔室，10-压力容器下封头。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述压水型核反应堆嵌套式组件作进一步说明。
实施例1
本实施例中，压水型核反应堆嵌套式组件如图1所示，由内层流量分配筒3、外层流量分配筒5、外层流量分配板4、内层流量分配板2和外法兰1构成。
所述外层流量分配筒5如图2所示，为两端开口的圆筒体，其筒壁上设置有多个流水孔，所述流水孔呈四层环形排列，各层流水孔的通水总面积从上层至下层依次递增；如图3所示，各层流水孔的形状为矩形，从上至下，第一层、第二层流水孔的相邻两个流水孔开口方向交错成一定角度，第三层、第四层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同，相邻两层流水孔的各流水孔交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向交错成一定角度；外法兰1设置在外层流量分配筒5的上端，通过焊接固连。
所述内层流量分配筒3如图4所示，为两端开口、上大下小的圆锥台形筒体，其筒壁上设置有多个流水孔，所述流水孔为圆形，呈九层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应。
所述外层流量分配筒5的内径大于内层流量分配筒3的径向外轮廓尺寸，高度小于内层流量分配筒3的高度，组合后，内层流量分配筒3与外层流量分配筒5之间的最小间距为400mm，内层流量分配筒3的下端伸出外层流量分配筒5。
所述外层流量分配板4为四个，内层流量分配板2为四个，它们的形状和结构如图5所示，为梯形板，板面上设置有多个圆形流水孔，所述流水孔排列成十行，相邻两行流水孔的各流水孔一一对应。
上述各构件的组合方式：内层流量分配筒3放置在外层流量分配筒5的内腔且它们的中心线重合，四个外层流量分配板4在内层流量分配筒3外壁与外层流量分配筒5内壁围成的环形空间均匀布置，各外层流量分配板的两侧面分别与内层流量分配筒3的外壁、外层流量分配筒5的内壁通过焊接固连，将内层流量分配筒3和外层流量分配筒5组合成一体，形成嵌套式结构，四个内层流量分配板2安装在内层流量分配筒3的内腔，呈“十字形”布置，它们的一侧面分别与内层流量分配筒3的内壁通过焊接固连，另一侧面通过焊接相互固连，将内层流量分配筒3内腔分隔成四个区间。
本实施例中的压水型核反应堆嵌套式组件在核反应堆压力容器下腔室中的安装方式如图9所示，通过外法兰1与堆芯下支承板7组合，用螺栓固定。
实施例2
本实施例中，压水型核反应堆嵌套式组件如图6所示，由内层流量分配筒3、外层流量分配筒5、外层流量分配板4、内层流量分配板2和外法兰1构成。
与实施例1不同之处是：(1)内层流量分配筒3为两端开口的圆筒体；(2)外层流量分配板4和内层流量分配板2为矩形板；(3)外层流量分配筒5的高度与内层流量分配筒3的高度相同，组合后，内层流量分配筒3与外层流量分配筒5之间的间距为500mm。
实施例3
本实施例中，压水型核反应堆嵌套式组件如图7所示，由内层流量分配筒3、外层流量分配筒5、外层流量分配板4、内层流量分配板2和外法兰1构成。
与实施例1不同之处是：(1)外层流量分配筒5为两端开口、上大下小的圆锥台形筒体，且锥度与内层流量分配筒3形同；(2)外层流量分配筒5的各层流水孔的通水总面积相同；(3)外层流量分配筒5的高度与内层流量分配筒3的高度相同，组合后，内层流量分配筒3与外层流量分配筒5之间的间距为600mm。
实施例4
本实施例中，压水型核反应堆嵌套式组件如图8所示，由内层流量分配筒3、外层流量分配筒5、外层流量分配板4和外法兰1构成。
与实施例1不同之处是：(1)外层流量分配筒5为两端开口、上大下小的圆锥台形筒体，内层流量分配筒3为两端开口的圆筒体；(2)未设置内层流量分配板2；(3)外层流量分配筒5的各层流水孔的通水总面积相同；(4)外层流量分配筒5的高度大于内层流量分配筒3的高度，组合后，内层流量分配筒3与外层流量分配筒5之间的最小间距为500mm。
上述实施例中，内层流量分配筒3、外层流量分配筒5、外层流量分配板4、内层流量分配板2和外法兰1均用不锈钢制作。
Claims (9)
1.一种压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于由内层流量分配筒(3)、外层流量分配筒(5)、内层流量分配板(2)和外层流量分配板(4)组成；所述外层流量分配筒(5)为两端开口的筒体，其筒壁上设置有多个流水孔，上端设置有与堆芯下支承板(7)连接的外法兰(1)，其内腔的径向尺寸大于内层流量分配筒(3)的径向外轮廓尺寸；所述内层流量分配筒(3)为两端开口的筒体，其筒壁上设置有多个流水孔；所述外层流量分配板(4)的数量至少为三个，板面上设置有多个流水孔；所述内层流量分配板(2)的数量至少为两个，板面上设置有多个流水孔；
内层流量分配筒(3)放置在外层流量分配筒(5)的内腔且它们的中心线重合；各外层流量分配板(4)在内层流量分配筒(3)外壁与外层流量分配筒(5)内壁围成的环形空间分散布置，且各外层流量分配板的两侧面分别与内层流量分配筒(3)的外壁、外层流量分配筒(5)的内壁固连，将内层流量分配筒(3)和外层流量分配筒(5)组合成一体，形成嵌套式结构；各内层流量分配板(2)安装在内层流量分配筒(3)的内腔，它们的一侧面分别与内层流量分配筒(3)的内壁固连，另一侧面相互固连，将内层流量分配筒(3)内腔分隔成多个区间。
2.根据权利要求1所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于内层流量分配筒(3)、外层流量分配筒(5)、外层流量分配板(4)和内层流量分配板(2)上设置的流水孔形状为圆形、椭圆形或多边形。
3.根据权利要求1或2所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于内层流量分配筒(3)和外层流量分配筒(5)均为圆筒体，或者内层流量分配筒(3)和外层流量分配筒(5)均为上大下小的圆锥台形筒体，或者外层流量分配筒(5)为圆筒体、内层流量分配筒(3)为上大下小的圆锥台形筒体，或者外层流量分配筒(5)为上大下小的圆锥台形筒体、内层流量分配筒(3)为圆筒体。
4.根据权利要求1或2所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于内层流量分配筒(3)和外层流量分配筒(5)的高度相等，或者内层流量分配筒(3)的高度大于外层流量分配筒(5)的高度，或者内层流量分配筒(3)的高度小于外层流量分配筒(5)的高度。
5.根据权利要求3所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于内层流量分配筒(3)和外层流量分配筒(5)的高度相等，或者内层流量分配筒(3)的高度大于外层流量分配筒(5)的高度，或者内层流量分配筒(3)的高度小于外层流量分配筒(5)的高度。
6.根据权利要求1或2所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于外层流量分配筒(5)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，每一层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同或交错成一定角度，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向相同或交错成一定角度；
内层流量分配筒(3)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
7.根据权利要求3所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于外层流量分配筒(5)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，每一层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同或交错成一定角度，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向相同或交错成一定角度；
内层流量分配筒(3)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
8.根据权利要求4所述压水型核反应堆用嵌套式组件，其特征在于外层流量分配筒(5)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，每一层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同或交错成一定角度，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向相同或交错成一定角度；
内层流量分配筒(3)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
9.根据权利要求5所述压水型核反应堆嵌套式组件，其特征在于外层流量分配筒(5)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，每一层流水孔的相邻两个流水孔开口方向相同或交错成一定角度，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置，相邻两层流水孔的对应流水孔开口方向相同或交错成一定角度；
内层流量分配筒(3)筒壁上设置的流水孔呈多层环形排列，各层流水孔的通水总面积相同或从上层至下层依次递增，相邻两层流水孔的各流水孔一一对应或交错布置。
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- 2017-08-18 CN CN201710712828.3A patent/CN107658031B/zh active Active
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