CN111095432A - 用于反应堆容器用核电站堆芯的定心销 - Google Patents

用于反应堆容器用核电站堆芯的定心销 Download PDF

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Abstract

本发明涉及反应堆容器中用于核电站堆芯的定心销，其特征在于，它在销(110)的前面或下游面中的至少一个上具有流体动力轮廓(120、130)，以便在冷却剂流体围绕销(110)循环时降低不稳定性。

Description

用于反应堆容器用核电站堆芯的定心销
技术领域
本发明涉及核电站的反应堆容器的领域。
本发明更具体地涉及用于使核反应堆容器中的反应堆堆芯定心的改进定心销。
本发明特别适用于第二代或第三代的加压水核电站的全部反应堆，对其是使用循环穿过堆芯的热量传递流体来冷却堆芯的。
背景技术
核电站的总体结构是本领域技术人员公知的。
该总体结构在附图1中示出，该附图示出了容纳堆芯20的容器10。
这种电站包括主回路30和副回路40。
由反应堆的堆芯20中的浓缩材料的裂变产生的热量加热主回路30的加压水。来自主回路30的热量在通过蒸汽发生交换器42的途中使来自副回路40的水蒸发。涡轮发电机组60、62将蒸汽的机械功率转换为电功率。
图1进一步示意性地以22示出了控制杆，以32示出了增压器，以34示出了主泵，以12示出了密封外壳，以64示出了冷凝器，并且以66示出了抽出泵。
以本身常规的方式，如取自文献EP-1003171中的附图2所示，堆芯20通过定心销100在容器10中定心。
由于这种结构，在进入增压室(即，容器的下部部分13)之前，冷却水(热量传递流体)流动到被限定在堆芯的壳体20与容器的外壁10之间的环形空间11中。围绕定心销100流动并进入增压室13的冷却水然后通过堆芯的底板14朝向堆芯20重新定向。
图3示出了公知容器10的下部部分的竖直截面中的局部视图，并且具体示出了定心销100。
图4以放大比例示出了根据现有技术的这种定心销100的视图。
在图3中，箭头表示冷却水在环形空间11中然后在增压室13中的进程。
如在图3和4中可见，相关领域中公知的销100具有竖直和水平的方形截面。因此，它们具有长方体的总体形状。
发明人已经观察到，这些公知定心销100的形状扰乱了注射到容器底部的增压室13中的冷却水的流动。由此产生的不稳定性造成堆芯20冷却流的异质性，并且对组件的热量与中子交换具有强烈影响。
在堆芯20的入口处的异质流改变了堆芯的操作。因此，存在对组件的热量与中子交换的影响、对机械载荷的影响、以及由此的对组件的效率和寿命的负面效果。
水与堆芯的组件之间的热量交换取决于流量。高流量产生强热量传递。
同时，水充当用于中子反应的缓和剂。水的强流量增加了中子反应的强度，并因此增加了组件的燃料消耗和温度。
当流量层的分布在相邻组件之间变化时，组件之间存在温度差异。温度引起组件的机械变形(膨胀)，并且相邻组件之间的温度差异可以导致机械载荷。这些机械载荷可能损坏一套或一组组件。
因此，堆芯的入口处的非常异质的流量层具有对组件的热量与中子交换的影响、对机械载荷的影响、以及由此的对组件的效率和寿命的负面效果。
解决由此造成的问题的尝试已经被提出。
例如，已经提出在容器底部13中添加结构。然而，最有效的形状对于流动具有大量空间需求，并且主回路30的压力损失增加。这要求对主回路30的泵重新定尺寸。这是核电站的设计上的显著的变化。
总之，迄今为止提出的解决方案中没有一个是完全令人满意的。
提出的问题
本发明的目的是改进现有技术水平。
本发明的第一目的是改进核电站的堆芯中的主回路的流体流的流体动力学。
本发明的另一个目的是提出不对核电站的设计施加显著变化的解决方案。
发明内容
在本发明的框架内，由于用于使核电站的堆芯在反应堆容器中定心的定心销的造型，实现了前述目标。该造型的特征在于：销的上游面与下游面上的流体动力轮廓，以便在冷却剂围绕销循环时减少不稳定性；并且位于流体的流动方向上游的上部流体动力轮廓的高度大约为销的水平厚度的大小。
根据本发明的其它有利特征：
-流体动力轮廓设置在销的上游面和下游面上，
-流体动力学地造型的下部部分的高度大约为销的水平厚度的两倍的大小，
-上部流体动力轮廓具有二面角的总体形状，
-下部流体动力轮廓具有棱锥的形状，
-下部流体动力轮廓延伸直到容器底部。
本发明还涉及一种核电站的反应堆容器，其配备有多个前述类型的定心销。
本发明还涉及包括这种容器和这种定心销的核电站的反应堆。
附图说明
通过阅读以下详细描述并且联系通过非限制性示例给出的附图，本发明的其它特征、目标和优点将变得明显，并且图中：
-先前描述的图1示出了常规核电站的总体视图，
-先前描述的图2示出了公知核电站反应堆的竖直截面中的示意图，
-先前描述的图3示出了常规反应堆容器的下部部分的竖直截面中的局部示意图，
-先前描述的图4以放大的比例示出了根据现有技术的定心销的透视图，
-图5示出了根据本发明的反应堆容器的竖直截面中的局部图，其示出了根据本发明的销，
-图6示出了根据本发明的销的类似于图4的透视图，并且
-图7示出了根据本发明的定心销的相对于堆芯的竖直中心轴线的竖直和径向截面中的视图。
具体实施方式
如以上指出的，核电站的总体结构是本领域技术人员公知的。因此将不再详细描述它。
简单地回想一下，堆芯通过定心销在容器中定心。
附图5、6和7示出了根据本发明的销110。
更具体地，销110由邻近堆芯20的径向内侧轴向面112限定，其符合堆芯20在该水平处的形状，并且其大致呈阶梯状。
销110还包括径向外侧轴向面114，其邻近容器10，并且其符合容器在该水平处的形状。因此，面114优选地是弯曲的。它向下朝向径向内侧轴向面112会聚。
每个销110的中心部分111通过相对于堆芯的竖直中心轴线大体平坦且径向的两个径向面116、118变得完整。
如上所述，根据本发明，每个销110配备有流体动力上部轮廓120和流体动力下部轮廓130，它们分别设置在中心部分111的上方和下方。
位于进入环形空间11的流体的流动方向上游的流体动力上部轮廓120具有二面角121的形状。
更具体地，该二面角121由两个对称主刻面126、128形成，所述对称主刻面将径向面116、118向上延伸。刻面126、128优选地是大体平坦的，并且相对于堆芯的轴线在径向脊部129处相交。
上部轮廓120通过两个分别邻近堆芯的外面和容器的内面的径向内侧副刻面122和径向外副刻面124变得完整。
下部流体动力轮廓130具有棱锥131的总体形状。它包括两个对称主刻面136、138，所述对称主刻面使径向面116和118向下延伸。主刻面136、138的径向外侧边缘135遵循容器10的外形，并且在径向内侧边缘137处相交在会聚点139处。下部流体动力轮廓130还包括两个径向内侧副刻面132和外侧副刻面134。主刻面136、138的径向外侧边缘135和径向内侧边缘137在尖端139处会聚，以连结构成下部轮廓的棱锥131的两个副刻面132和134。
当然，本发明不限于刚刚描述的具体实施例，而是延伸至根据其精神的所有变型。
特别地，流体动力轮廓120和130可以具有角状或圆形的几何形状。
流体动力装置的最佳可能实施例是消除定心销110附近的任何静滞空间(低流通面积)的形状。
本发明使得有可能减少或甚至完全消除容器的底部处的湍流。
本发明使得有可能使流动在其经过定心销110时稳定化，并因此减少堆芯上游的流动的异质性，并且因此使热量传递流体的分布在堆芯中更均匀。
图3提出了销110的一个示例，其由角状几何形状构成。对于这种情况，销110由两个参数b和c来限定。
参数b(图7中示出)对应于上部轮廓120的竖直高度。
参数c(图7中示出)对应于下部轮廓130的竖直高度。
这些参数b和c是相对于定心销110的厚度a(图6中示出)限定的，该厚度a是在水平截面中并且沿着销110的中心部分111的径向内侧边缘考虑的。
在图5至7中示出的示例中，销110的流体动力上部部分120的高度b与定心销110的厚度a为大约相同大小(0.87倍)。销110的流体动力下部部分130的高度c大约是定心销110的厚度a的两倍(1.93倍)。
该形状被选择为使定心销110对于通过环形空间11向下流动的水具有流体动力性。具有流体动力装置120和130的定心销110因此呈机翼的形状。销110的上部部分120代表机翼的前导边缘，并且下部部分130代表机翼的后随边缘。
发明人已经发现：
.如果上部部分120的高度b趋近于零，则装置120就不再有效。
.如果上部部分120的高度b变得过大，则装置120就阻挡了水在环形空间11中的旋转。然而，水在环形空间中的旋转是显著的，因为它混合了来自冷分支的水。这是在冷分支之间可能发生的流量失衡的情况下稳定循环的效应。通过将高度b选择成大约为定心销110的厚度a的大小，获得了有效的流体动力形状，而不阻挡环形空间中的混合。
.装置的下部部分130的高度c(大约为定心销110的厚度a的两倍)被选择成使得销竖直地延伸直到容器的底部。
.如果装置没有延伸直到容器的底部，则该装置就没那么有效。
.如果装置采用了不遵循竖直轴线并且靠近容器的中心的更大形状，则装置130可能导致空间需求，甚至是不稳定源。
在本发明的框架内，“大约相同大小”意指相对于参考值为大致25％的最大波动。

Claims (9)

1.一种用于使核电站的堆芯在反应堆容器中定心的定心销，其特征在于以下事实：它在所述销(110)的上游面或下游面中的至少一个上包括流体动力轮廓(120、130)以在冷却剂围绕所述销(110)循环时降低不稳定性，并且位于流体的流动方向上游的上部流体动力轮廓(120)的高度(b)大约为所述销(110)的水平厚度(a)的大小。
2.根据权利要求1所述的销，其特征在于以下事实，它在所述销(110)的上游面和下游面上包括流体动力轮廓(120、130)。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的销，其特征在于以下事实，位于所述流体的流动方向下游的下部流体动力轮廓(130)的高度(c)大约为所述销(110)的水平厚度(a)的两倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的销，其特征在于以下事实，位于所述流体的流动方向上游的上部流体动力轮廓(120)具有二面角的形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的销，其特征在于以下事实，位于所述流体的流动方向下游的下部流体动力轮廓(130)具有棱锥的形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的销，其特征在于以下事实，位于所述流体的流动方向上游的上部流体动力轮廓(120)的高度(b)大约为所述销(110)的水平厚度(a)的0.87倍，而所述下部流体动力轮廓(130)的高度(c)大约为所述销(110)的水平厚度(a)的1.93倍。
7.一种核电站的反应堆容器，其特征在于，它包括根据权利要求1至6中任一项所述的定心销(110)。
8.根据权利要求7所述的容器，其特征在于以下事实，位于所述流体的流动方向下游的下部流体动力轮廓(130)达到所述容器的底部。
9.一种核电站反应堆，包括根据权利要求7或8中任一项所述的容器和/或根据权利要求1至6中任一项所述的销。
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