CN108766597A - 一种可自动隔离的安注箱 - Google Patents

Abstract

本发明属于核安全设备及控制技术领域，涉及一种可自动隔离的安注箱。所述的可自动隔离的安注箱包括安注箱、出口喷嘴、浮球、隔离塞、导向杆，出口喷嘴设置在安注箱的下方并与安注箱连接，用于喷出安注箱中的冷却液；导向杆沿竖直方向设置在安注箱内并与出口喷嘴连接，用于引导浮球和隔离塞上下运动；浮球漂浮在安注箱中的冷却液液面上，并可随安注箱中冷却液液位的升降而上下运动；隔离塞悬挂连接在浮球下方，并可在安注箱排空或接近排空时落入出口喷嘴中封堵安注箱的冷却液出口。利用本发明的可自动隔离的安注箱，能够在安注箱排空前按照预期实现安注箱的自动隔离，并能避免误动作导致安注功能失效。

Description

一种可自动隔离的安注箱

技术领域

本发明属于核安全设备及控制技术领域，涉及一种可自动隔离的安注箱。

背景技术

压水堆核电厂安注箱，或称作蓄压箱(Accumulator，简称ACC)，是压水堆核电站应急堆芯冷却系统中的重要组成部分，主要用于一回路破口事故后向堆芯快速注入冷却水，以防止堆芯损伤。安注箱的工作原理是在一回路系统压力降低时利用加压氮气将安注箱内的冷却剂推送出去并注入主回路或压力容器。

目前安注箱主体或采用圆柱筒形状，或采用球形，总体结构形式比较简单，发展变化不大。近期，一些国家开展了先进安注箱设计，如韩国原子能科学研究院(KAERI)开发的具有非能动流量控制功能的安注箱设计。

当安注箱排空后，如果不及时隔离安注箱，不可凝结的氮气将随着安注管线注入一回路。不可凝结气体进入一回路，除了进入堆芯对堆芯的冷却产生直接影响外，如果聚集在一回路的某些位置，如蒸汽发生器U型管区域，还可能影响到一回路的自然循环能力，从而影响堆芯冷却。此外，对于AP1000采用堆芯补水箱(CMT)、安注箱和内置换料水箱注入的非能动核电厂，安注箱的氮气间断性的注入会对CMT安注流量有一定影响。

传统核电站设计的安注箱，都采用操纵员手动隔离的方式。操纵员按照事故运行规程，以一回路系统压力或冷却剂温度为控制信号，在安注箱排空之前隔离安注箱。但是，对于较大破口的一回路冷却剂丧失事故，由于一回路系统压力快速下降，瞬态过程迅速，安注箱在极短的时间就会排空，导致操纵员并没有足够的时间在安注箱排空前完成安注箱的隔离。

由此可见，当前的安注箱设计，没有设置实时的安注箱水位监测提供给操纵员用以判断安注箱是否排空。即使有手段能够协助操纵员判断安注箱水位，对于发展较快的瞬态，操纵员也很难及时执行隔离动作，操纵员主要通过一回路压力或者温度来确定隔离安注箱的时机。首先，由于一回路压力或温度定值是根据一定假设条件推定而来，对不同的工况，隔离安注箱的时机并非最佳。其次，对不同工况，安注箱注入速度快慢不同，对于较大破口事故，安注箱在几十秒内排空，操纵员来不及手动隔离。因此，若要实现在安注箱排空前完成隔离，有必要在安注箱中设置一种自动隔离装置。

自动隔离装置的设计，一种方案是设置按照预先设定的信号自动隔离的阀门，如根据安注箱接近排空的压力作为动作信号自动隔离阀门。这种方案不足之处在于需要可靠的执行机构或者电源来支持，并且安注箱作为保证堆芯冷却的重要设备，执行安注功能是首要的，若自动隔离阀门误动作，则会导致安注功能失效，影响堆芯安全，造成更严重的后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自动隔离的安注箱，以能够在安注箱排空前按照预期实现安注箱的自动隔离，并能避免误动作导致安注功能失效。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，所述的可自动隔离的安注箱包括安注箱、出口喷嘴、浮球、隔离塞、导向杆，

所述的出口喷嘴设置在所述的安注箱的下方并与所述的安注箱连接，用于喷出所述的安注箱中的冷却液；

所述的导向杆沿竖直方向设置在所述的安注箱内并与所述的出口喷嘴连接，用于引导所述的浮球和所述的隔离塞上下运动；

所述的浮球漂浮在所述的安注箱中的冷却液液面上，并可随所述的安注箱中冷却液液位的升降而上下运动；

所述的隔离塞悬挂连接在所述的浮球下方，并可在所述的安注箱排空或接近排空时落入所述的出口喷嘴中封堵所述的安注箱的冷却液出口。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的出口喷嘴包括在其径向中心位置设置的中心筒，用于所述的隔离塞落入其中封堵所述的安注箱的冷却液出口。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的出口喷嘴包括沿其内部径向设置的隔板，用于消除冷却液流过时形成的漩涡。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的出口喷嘴为喇叭形，上端开口大，下端开口小。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球包括设置于其周边轴对称位置的导向耳，用于穿过所述的导向杆，保证所述的浮球能沿着所述的导向杆上下运动而不发生旋转。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球具有足够的浮升力，以相对于所述的浮球和所述的隔离塞组成的组件的自身重力，留有余量避免组件在冷却液冲击下沉入冷却液中，导致在非预期时刻所述的隔离塞落入所述的出口喷嘴。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球能承受所述的安注箱内的压力而不被压缩塌陷。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球内充入与所述的安注箱内加压气体相同种类和压力的气体，所述的浮球的强度足以承受充入气体的压力而不破裂。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球具有足够的壁厚，以能承受所述的安注箱内的压力而不被压缩塌陷。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种可自动隔离的安注箱，其中所述的浮球和所述的隔离塞及相关组件采用与所述的安注箱和内置冷却液相容的材质，设计寿命与所述的安注箱相同。

本发明的有益效果在于，利用本发明的可自动隔离的安注箱，能够在安注箱排空前按照预期实现安注箱的自动隔离，并能避免误动作导致安注功能失效。

本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明利用重力和浮升力的平衡原理，在传统安注箱设备基础上增加了安注箱非能动隔离设置，避免了以往手动隔离安注箱操纵员动作时间不足，或不同工况下条件难于判断隔离的情况，有效防止了安注箱内高压不可凝氮气向一回路的注入，增强了核电厂的安全性；

(2)本发明的非能动安注箱隔离措施可与传统能动隔离措施一起设置，从而增加了安注箱隔离系统的冗余性和多样性；

(3)本发明的非能动安注箱隔离措施可有效避免因为人因导致的隔离失败，有利于减小人因失效概率；

(4)本发明适用于多种安注箱系统，适用性和推广性较强。

附图说明

图1为示例性的本发明的可自动隔离的安注箱的组成结构图。

图2为图1中出口喷嘴的俯视结构图。

图3为图1的示例性的本发明的可自动隔离的安注箱自动隔离的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

示例性的本发明的可自动隔离的安注箱的组成结构如图1-2所示，包括安注箱1、出口喷嘴2、浮球3、隔离塞4、导向杆5。

出口喷嘴2为喇叭形，上端开口大，下端开口小，设置在安注箱1的下方并与安注箱1连接，用于喷出安注箱1中的冷却液。出口喷嘴2包括在其径向中心位置设置的中心筒7，用于隔离塞4落入其中封堵安注箱1的冷却液出口。出口喷嘴2还包括沿其内部径向设置的隔板6，用于消除冷却液流过时形成的漩涡。

导向杆5沿竖直方向设置在安注箱1内并与出口喷嘴2连接，用于引导浮球3和隔离塞4上下运动。

浮球3漂浮在安注箱1中的冷却液液面上，并可随安注箱1中冷却液液位的升降而上下运动。浮球3包括设置于其周边轴对称位置的导向耳，用于穿过导向杆5，保证浮球3能沿着导向杆5上下运动而不发生旋转。

浮球3能承受安注箱1内的压力而不被压缩塌陷，为此可采取两种方案：(1)浮球3内充入与安注箱1内加压气体相同种类和压力的气体，浮球3的强度足以承受充入气体的压力而不破裂；(2)浮球3具有足够的壁厚，以能承受安注箱1内的压力而不被压缩塌陷。

隔离塞4悬挂连接在浮球3下方，并可在安注箱1排空或接近排空时落入出口喷嘴2中封堵安注箱1的冷却液出口。

在对安注箱1进行充水时，浮球3能带动隔离塞4沿着导向杆5向上移动，并最终停留在预期位置。

浮球3具有足够的浮升力，以相对于浮球3和隔离塞4组成的组件的自身重力，留有余量避免组件在冷却液冲击下沉入冷却液中，导致在非预期时刻隔离塞4落入出口喷嘴2。

浮球3和隔离塞4及相关组件采用与安注箱1和内置冷却液相容的材质，设计寿命与安注箱1相同。

上述示例性的本发明的可自动隔离的安注箱的自动隔离原理如图3所示，具体解释如下。

利用浮球3在水中的浮升力，托住连接在其下方的隔离塞4。当安注箱1开始注入后，安注箱1内的冷却液(为水)液位下降，浮球3在导向杆5的限位下随着液位向下移动。当安注箱1接近排空时，所剩下的液位不足以托起浮球3，隔离塞4下降到安注箱1出口并在安注箱1内剩余压力的作用下堵住出口，切断安注箱1流出通道，实现安注箱1的自动隔离。

安注箱1的设计，其首要功能是保证在需要时，向一回路注水。因此，避免安注箱1自动隔离阀的误动作非常重要。

已有的分析表明，在发生较大破口事故时，一回路系统压力下降迅速，安注箱1的注入速度快，流量大，在100s内即能完全注入，峰值流量超过1m³/s。在该流量下，将产生巨大的冲击力，并可能在出口管嘴上方形成漩涡，简单的设计在漩涡的作用下，隔离塞4可能被吸入并堵住出口，导致安注箱1注入失效。本发明在出口管嘴处设置了隔板6，用于消除漩涡；同时，喇叭形出口喷嘴2的设计，使得安注箱1在快速注入时，内部流场更趋均匀，有利于减小对浮球3和隔离塞4的水力冲击，保证浮球3正常浮于水面而不被吸入水下。

显然，本领域的技术人员可以对本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，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种可自动隔离的安注箱，其特征在于，所述的可自动隔离的安注箱包括安注箱、出口喷嘴、浮球、隔离塞、导向杆，

所述的出口喷嘴设置在所述的安注箱的下方并与所述的安注箱连接，用于喷出所述的安注箱中的冷却液；

所述的导向杆沿竖直方向设置在所述的安注箱内并与所述的出口喷嘴连接，用于引导所述的浮球和所述的隔离塞上下运动；

所述的浮球漂浮在所述的安注箱中的冷却液液面上，并可随所述的安注箱中冷却液液位的升降而上下运动；

所述的隔离塞悬挂连接在所述的浮球下方，并可在所述的安注箱排空或接近排空时落入所述的出口喷嘴中封堵所述的安注箱的冷却液出口。

2.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的出口喷嘴包括在其径向中心位置设置的中心筒，用于所述的隔离塞落入其中封堵所述的安注箱的冷却液出口。

3.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的出口喷嘴包括沿其内部径向设置的隔板，用于消除冷却液流过时形成的漩涡。

4.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的出口喷嘴为喇叭形，上端开口大，下端开口小。

5.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球包括设置于其周边轴对称位置的导向耳，用于穿过所述的导向杆，保证所述的浮球能沿着所述的导向杆上下运动而不发生旋转。

6.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球具有足够的浮升力，以相对于所述的浮球和所述的隔离塞组成的组件的自身重力，留有余量避免组件在冷却液冲击下沉入冷却液中，导致在非预期时刻所述的隔离塞落入所述的出口喷嘴。

7.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球能承受所述的安注箱内的压力而不被压缩塌陷。

8.根据权利要求7所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球内充入与所述的安注箱内加压气体相同种类和压力的气体，所述的浮球的强度足以承受充入气体的压力而不破裂。

9.根据权利要求7所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球具有足够的壁厚，以能承受所述的安注箱内的压力而不被压缩塌陷。

10.根据权利要求1所述的可自动隔离的安注箱，其特征在于：所述的浮球和所述的隔离塞采用与所述的安注箱和内置冷却液相容的材质，设计寿命与所述的安注箱相同。