CN109448873A - 一种改进型安注箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型安注箱，包括壳体，所述壳体顶部设置有进气管，所述壳体内设置有立管，所述立管顶端为开口端，所述立管的底端为封闭端，立管的封闭端上设置有排液管，所述排液管连通立管内部和壳体外部，所述立管的侧壁上从上至下开设有多个通孔。本发明的立管本身能够起到阻尼器的作用，同时立管上设置的通孔能够起到小管的作用，所以本发明无需设置阻尼器和小管，仅用立管便能实现自适应调节流量的功能，大幅简化了安注箱的结构，便于装置制造和维修；立管上自上至下设置的多个通孔使得在冷却剂液位下降的整个过程中，安注箱输出的冷却剂流量是逐渐稳定下降的，显著地提高了安注箱运行的可靠性。

Description

一种改进型安注箱

技术领域

本发明涉及核电厂安全注射系统领域，具体涉及一种改进型安注箱。

背景技术

压水堆核电厂发生大破口失水事故后，要求安全注射系统在喷放结束后提供再灌水阶段、再淹没阶段和长期冷却阶段的不同流量需求。传统压水堆依靠安注箱满足再灌水阶段的大流量需求和再淹没早期的小流量需求，再依靠低压安注泵满足再淹没后期和长期冷却阶段的小流量需求。

因此，安注箱需要在再灌水阶段提供较大的冷却剂流量，而在再淹没阶段提供较小的冷却剂流量。苟军利等人在《先进安注箱热工水力特性研究》(西安交通大学学报，第49卷，第11期)中提供了一种安注箱结构，其包括阻尼器、以及与阻尼器连接的立管和小管，当水位高于立管顶端的进水口时，通过立管和小管同时进水实现再灌水阶段所需的大流量，当水位低于立管顶端的进水口后，通过仅小管进水满足再淹没阶段的小流量需求，通过上述流动阻力根据水位自动调节的非能动设计提高了安注箱运行的可靠性。

但是，上述结构不仅结构复杂、不便于维修，而且在立管无法进水后，阻尼器出口流量出现陡降，导致从再灌水阶段到再淹没阶段转换时，冷却剂输出不稳定，造成安注箱在再淹没早期注入流量产生波动，降低了堆芯再淹没效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进型安注箱，以解决现有技术中结构复杂、不便于维修，以及在从再灌水阶段到再淹没阶段转换时冷却剂输出不稳定，造成安注箱在再淹没早期注入流量产生波动，降低了堆芯再淹没效率的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种改进型安注箱，包括壳体，所述壳体顶部设置有进气管，所述壳体内设置有立管，所述立管顶端为开口端，所述立管的底端为封闭端，立管的封闭端上设置有排液管，所述排液管连通立管内部和壳体外部，所述立管的侧壁上从上至下开设有多个通孔。

现有技术中，虽然通过设置阻尼器、小管和立管能够利用水位下降改变流动阻力，进而非能动地调节安注箱在再灌水阶段和再淹没阶段早期所需的不同的冷却剂输出量，但是由于结构复杂，零部件较多，不易于装置维修。此外，由于立管的顶端进水口与小管的水平进水口之间的距离较大，当在冷却剂水位刚降低至立管顶端进水口的下方时，冷却剂只能通过小管排出。由于立管的进水口流通面积远大于小管的流通面积，在立管内的进水量突降至零后，阻尼器的进水量将出现骤降，这将导致从阻尼器排出的冷却剂输出量不稳定且不可控，不利于安注箱在再淹没阶段提供安全、稳定地冷却剂输出，降低了堆芯再淹没效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种改进型的安注箱。具体地，与现有技术相同的是，该安注箱包括壳体，壳体顶部设置进气管，进气管用于向壳体内部通入惰性气体例如氮气，从而提高安注箱内的压力，使得壳体内的冷却剂能够从壳体底部设置的排液管中排出。壳体内部设置有立管，立管为开口向上的筒状结构。

与现有技术不同的是，本发明中未设置阻尼器和小管，仅通过立管实现流动阻力的变化。具体地，立管的底端为封闭端，封闭端上设置有排液管，所述排液管连通立管的内部和壳体的外部，即壳体内的冷却剂需要通过立管，以及立管下方的排液管方能从壳体中排出。沿立管顶端至底端的方向，立管的侧壁上设置有多个通孔，所述通孔连通立管的内部和外部，便于壳体内的水流入立管内。优选地，在立管上设置有6个通孔。

通过上述设置，立管本身能够起到阻尼器的作用，同时立管上设置的通孔能够起到小管的作用，所以本发明无需设置阻尼器和小管，仅用立管便能实现自适应调节流量的功能，大幅简化了安注箱的结构，便于装置制造和维修。不仅如此，立管上自上至下设置的多个通孔实质将壳体内的冷却剂水位降低高度分隔为多个阶段，例如，在冷却剂水位位于立管顶部开口端和位于最上方的通孔之间时，冷却剂的流通面积从最开始的立管开口面积与六个通孔面积之和降低至六个通孔面积之和，流通面积下降比率小，从排液管排出的冷却剂流量下降平缓；进一步地，随着水位的进一步下降，冷却剂流通面积随着通孔数量的减少而逐渐降低，使得在冷却剂液位下降的整个过程中，安注箱输出的冷却剂流量是逐渐稳定下降的，安注箱在再淹没阶段能够提供安全、稳定地冷却剂输出，显著地提高了安注箱运行的可靠性。

进一步地，所述立管顶端设置有防旋涡装置，所述防旋涡装置的直径从上至下逐渐减小。通过设置防旋涡装置，扩大了立管进水入口，减小了流速分布的不均匀性及进水口的流速，降低了速度梯度，使旋涡发生的条件减少，能够避免冷却剂在通过立管顶端开口进入立管内部时，在开口处形成吸气旋涡。吸气旋涡会向立管中带入过多的氮气，导致部分氮气从排液管进入反应堆冷却剂系统，造成不可凝气体在燃料表面形成气膜阻碍堆芯传热，或在蒸汽发生器传热管顶部聚集使冷却堆芯的自然循环流动滞止。

进一步地，所述防旋涡装置和通孔内均设置有滤网。滤网能够将防旋涡装置和通孔的流通面积分隔为多个矩形单元，从每个矩形单位通过的水流更加有序，使得冷却剂不易在防旋涡装置和通孔中形成吸气旋涡。

进一步地，相邻两个通孔之间的距离从上至下逐渐减小。随着水位的逐渐降低，壳体内的气体压力逐渐下降，对冷却剂的压力作用逐渐降低。为了缓解该问题，本发明将上下两个相邻通孔之间的距离设置为从上至下逐渐减小，以减缓水位下降引起的冷却剂流通面积减小，弥补气体压力下降对冷却剂输出的影响，使得安注箱排出的冷却剂输出量更加稳定。

作为本发明的一种优选实施方式，还包括位于立管上方的主浮板，所述主浮板下表面通过连接机构连接有延长管，所述延长管套设在立管外部，延长管顶端为开口端，延长管顶端与主浮板下表面之间设置有间隙。

现有技术中，立管的长度固定，因此当壳体内液位高于标准线时，水压将导致安注箱在再灌水阶段的灌水量增大多余的水从破口溢出，不仅造成了冷却剂的浪费，同时也降低了安全壳压力，从而降低了堆芯再淹没速率。当壳体内液位低于标准线时，水压将导致安注箱在再灌水阶段的灌水量较小，降低了再灌水效率。

为了解决该问题，本发明在立管上方设置有主浮板，主浮板的下表面设置有延长管，主浮板通过连接机构与延长管保持相对固定，同时延长管顶端的开口端与主浮板下表面之间设置有间隙，由于主浮板和延长管之间相对固定，因此间隙高度固定。延长管套设在立管外部，使得延长管能够沿着立管竖直上下移动。本领域技术人员应当理解，主浮板的实施方式有多种，可以采用气囊结构，并在气囊中冲入空气、氮气等气体，也可以采用密度低于冷却剂密度的材料制成的板状结构等，上述实施方式均为现有技术，在此不做进一步限定。

使用时，当冷却剂的液位高于立管开口端时，主浮板漂浮于冷却剂中，冷却剂仅能从主浮板与延长管之间的间隙中进入延长管，最终通过延长管进入立管中；当冷却剂的液位低于立管开口端时，由于失去了浮力作用，在重力作用下主浮板的下表面紧贴立管的开口端，避免氮气从立管开口端灌入至立管中，进一步减少了通过排液管排出的氮气量。

可见，通过上述设置，无论壳体内冷却剂液位高于或低于标准线，无论高出标准线多少距离，主浮板与延长管的间距高度不变；同时，由于主浮板通过连接机构与延长管相对固定，在液位变化过程中，主浮板与延长管的间距高度不变。而主浮板漂浮在冷却剂中时，其与液面的距离基本不变。因此，初始冷却剂液位与标准线之间的距离，以及冷却剂液位的下降均不会改变冷却剂液位与延长管顶端的距离，使得冷却剂液位高于立管顶端时，延长管顶端的流量和流速均不会产生明显的波动。不仅如此，冷却剂液位低于立管顶端时，失去了浮力作用的主浮板在重力的作用下紧贴立管开口端，使得立管开口端封闭，进一步减少了通过排液管排出的氮气量。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述延长管包括第一延长管和第二延长管，其中第一延长管位于第二延长管上方，所述连接机构与第一延长管连接，所述第二延长管底端设置有辅助浮板。

上述结构的目的在于进一步减少通过排液管排出的氮气量。具体地，延长管为分体式结构，即位于上方的第一延长管和位于下方的第二延长管之间没有通过连接件连接。第一延长管通过连接机构与主浮板固定，其主要起到稳定延长管顶端的流量和流速均不会产生明显的波动的作用，同时使得冷却剂液位低于立管顶端时，依靠其重力作用使主浮板封住立管顶部开口端的作用。第二延长管底部设置的辅助浮板能够一定程度上推动第二延长管竖直向上移动，使得第一延长管和第二延长管均位于冷却剂中时，第二延长管的顶端能够与第一延长管的底端接合，组成一体式结构共同移动；当冷却剂液位低于立管的开口端时，主浮板封住立管开口端并不再继续向下移动，此时第一延长管停止移动并与第二延长管分离，第二延长管在辅助浮板的作用下随着液位的下降而继续向下移动，并逐步封堵位于冷却剂液面上方的通孔，在冷却剂几乎全部通过最下方的通孔进入立管进而排出排液管后，第二延长管底端的辅助浮板与壳体内表面接触，此时第一延长管和第二延长管几乎封堵大部分通孔，进而实现进一步减少通过排液管排出的氮气量的目的。优选地，第一延长管的长度与第二延长管的长度的比例为2:3。

作为本发明连接机构的一种优选结构，所述连接机构包括连接杆和连接环，所述连接杆固定在主浮板下表面，连接杆底端固定连接环，所述连接环固定套设在第一延长管外部。优选地，所述连接杆的根数为4根，所述连接杆围绕连接环的周向均匀设置。

进一步地，所述第二延长管顶端上设置有卡凸，所述第一延长管底端上设置有与卡凸相匹配的卡槽。为了提高第一延长管和第二延长管均位于冷却剂中时，第二延长管顶端与第一延长管底端的接合牢度，在第二延长管的顶端上设置卡凸，并在第一延长管底端设置与卡凸相匹配的卡槽，这里的相匹配是指卡凸不仅能够放入卡槽中，且卡槽中余留有一定的工作间隙使得在第二延长管的重力作用下，卡凸能够平顺地从卡槽中取出。卡凸与卡槽还能起到固定的作用，避免第一延长管和第二延长管在移动过程中发生相对偏转，提高组合的稳定性。

进一步地，所述立管的长度为延长管的长度的1.2～2倍。

进一步地，所述延长管顶端与主浮板下表面的间隙高度为10～25cm。根据不同的安注箱型号，所述延长管顶端与主浮板下表面的间隙高度为10～25cm。延长管与主浮板之间的距离不宜过小，否则冷却剂不易进入至延长管内；延长管与主浮板之间的距离不宜过大，过大的距离将不利于封堵最上方的通孔。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的立管本身能够起到阻尼器的作用，同时立管上设置的通孔能够起到小管的作用，所以本发明无需设置阻尼器和小管，仅用立管便能实现自适应调节流量的功能，大幅简化了安注箱的结构，便于装置制造和维修；

2、本发明的立管上自上至下设置的多个通孔实质将壳体内的冷却剂水位降低高度分隔为多个阶段，使得在冷却剂液位下降的整个过程中，安注箱输出的冷却剂流量是逐渐稳定下降的，安注箱在再淹没阶段能够提供安全、稳定地冷却剂输出，显著地提高了安注箱运行的可靠性；

3、为了进一步稳定通过立管顶部进入的冷却剂的流量和流速，本发明设置有主浮板和延长管，使得初始冷却剂液位与标准线之间的距离，以及冷却剂液位的下降均不会改变冷却剂液位与延长管顶端的距离，当冷却剂液位高于立管顶端时，延长管顶端的流量和流速均不会产生明显的波动；不仅如此，冷却剂液位低于立管顶端时，失去了浮力作用的主浮板在重力的作用下紧贴立管开口端，使得立管开口端封闭，进一步减少了通过排液管排出的氮气量；

4、本发明将延长管设置为可通过浮力或重力进行组合或分离的分体式结构，在壳体内没有冷却剂或冷却剂液位较低时，第二延长管能够封堵全部或部分通孔，进一步减少通过排液管排出的氮气量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中壳体内冷却液高液位的示意图；

图3为本发明具体实施例中壳体内冷却液排光时的示意图；

图4为本发明具体实施例中第一延长管和第二延长管的连接示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-壳体，2-进气管，3-立管，4-通孔，5-滤网，6-防旋涡装置，7-氮气腔，8-排液管，9-主浮板，10-连接杆，11-连接环，12-第一延长管，13-第二延长管，14-辅助浮板，15-卡凸，16-液面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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保护范围的限制。

实施例1：

如图1所示的一种改进型安注箱，包括壳体1，壳体1顶部设置有进气管2，壳体1内设置有立管3，立管3顶端为开口端，立管3的底端为封闭端，立管3的封闭端上设置有排液管8，排液管8连通立管3内部和壳体1外部，所述立管3的侧壁上从上至下开设有多个通孔4；所述立管3顶端设置有防旋涡装置6，所述防旋涡装置6的直径从上至下逐渐减小；所述防旋涡装置6和通孔4内均设置有滤网5；相邻两个通孔4之间的距离从上至下逐渐减小。

在部分实施例中，通孔4的数量为6个。

使用时，开启排液管8，并通过进气管2向壳体1内通入氮气，在液面上方形成氮气腔。氮气推动冷却剂从排液管8排出。当冷却剂液位高于立管3的开口端时，冷却剂通过立管3的开口端和通孔4进入立管3，实现大流量输出，满足再灌水阶段的流量需求。当冷却剂液位降低至低于立管3的开口端时，冷却剂通过全部通孔4进入立管3，此时进入再淹没阶段，冷却剂输出量减小。在该阶段，自上而下设置的多个通孔4实则将再淹没阶段分隔为若干阶段，随着液位不断降低，冷却剂流过的通孔4数量逐渐减少，冷却剂的总流通面积逐渐降低。因此，在整个安注箱排水阶段，冷却剂的输出量下降平缓、稳定、可预期，不会产生剧烈的波动，显著地提高了安注箱运行的可靠性。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，还包括位于立管3上方的主浮板9，所述主浮板9下表面通过连接机构连接有延长管，所述延长管套设在立管3外部，延长管顶端为开口端，延长管顶端与主浮板9下表面之间设置有间隙；所述立管3的长度为延长管的长度的1.2～2倍；所述延长管顶端与主浮板9下表面的间隙高度为10～25cm。

如图2所示，当冷却剂液面16高于立管3的开口端时，延长管与主浮板9之间的间隙高度固定，初始冷却剂液面16与标准线之间的距离，以及冷却剂液面16的下降均不会改变冷却剂液面16与延长管顶端的距离，延长管顶端的流量和流速均不会产生明显的波动，进一步稳定通过立管3顶部进入的冷却剂的流量和流速，使得安注箱整体的排水量平稳下降。

随着液面16继续下降，当液面16降低至低于立管3的开口端时，失去了浮力作用的主浮板9在其重力和延长管的重力作用下，紧贴并封住立管3的开口端，使得氮气无法从立管3的开口端中灌入，有效地减少了通过排液管8排出的氮气量。

实施例3：

如图2～图4所示，在实施例2的基础上，所述延长管包括第一延长管12和第二延长管13，其中第一延长管12位于第二延长管13上方，所述连接机构与第一延长管12连接，所述第二延长管13底端设置有辅助浮板14；所述连接机构包括连接杆10和连接环11，所述连接杆10固定在主浮板9下表面，连接杆10底端固定连接环11，所述连接环11固定套设在第一延长管12外部；所述第二延长管13顶端上设置有卡凸15，所述第一延长管12底端上设置有与卡凸15相匹配的卡槽。

如图2所示，当冷却剂液面16高于立管3的开口端时，第一延长管12受主浮板9的浮力作用，第二延长管13收底端辅助浮板14的浮力作用，使得第一延长管12和第二延长管13组成一体式结构同时移动。

当冷却剂液面16低于立管3的开口端后，第一延长管12的重力使得主浮板9封住立管3的开口端，同时，第二延长管13在浮力和重力的作用下随着液位降低逐渐向下移动，冷却剂排光后，如图3所示，辅助浮板14与壳体1的内壁接触，第二延长管13封堵部分通孔4。

该结构有效地利用了第一延长管和第二延长管的长度，能够有效地封堵全部或部分通孔4，进一步减少通过排液管8排出的氮气量。

本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一延长管、第二延长管)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进型安注箱，包括壳体(1)，所述壳体(1)顶部设置有进气管(2)，所述壳体(1)内设置有立管(3)，其特征在于，所述立管(3)顶端为开口端，所述立管(3)的底端为封闭端，立管(3)的封闭端上设置有排液管(8)，所述排液管(8)连通立管(3)内部和壳体(1)外部，所述立管(3)的侧壁上从上至下开设有多个通孔(4)。

2.根据权利要求1所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述立管(3)顶端设置有防旋涡装置(6)，所述防旋涡装置(6)的直径从上至下逐渐减小。

3.根据权利要求1或2所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述防旋涡装置(6)和通孔(4)内均设置有滤网(5)。

4.根据权利要求1或2所述的一种改进型安注箱，其特征在于，相邻两个通孔(4)之间的距离从上至下逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的一种改进型安注箱，其特征在于，还包括位于立管(3)上方的主浮板(9)，所述主浮板(9)下表面通过连接机构连接有延长管，所述延长管套设在立管(3)外部，延长管顶端为开口端，延长管顶端与主浮板(9)下表面之间设置有间隙。

6.根据权利要求5所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述延长管包括第一延长管(12)和第二延长管(13)，其中第一延长管(12)位于第二延长管(13)上方，所述连接机构与第一延长管(12)连接，所述第二延长管(13)底端设置有辅助浮板(14)。

7.根据权利要求6所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述连接机构包括连接杆(10)和连接环(11)，所述连接杆(10)固定在主浮板(9)下表面，连接杆(10)底端固定连接环(11)，所述连接环(11)固定套设在第一延长管(12)外部。

8.根据权利要求6或7所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述第二延长管(13)顶端上设置有卡凸(15)，所述第一延长管(12)底端上设置有与卡凸(15)相匹配的卡槽。

9.根据权利要求5所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述立管(3)的长度为延长管的长度的1.2～2倍。

10.根据权利要求5所述的一种改进型安注箱，其特征在于，所述延长管顶端与主浮板(9)下表面的间隙高度为10～25cm。