CN111540488B - 一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置，属于核反应堆工程技术领域，包括流量分配部件和流量搅混部件；流量分配部件包括：进口环形隔板和出口环形隔板、环形竖直挡板，并与反应堆压力容器内壁壁面形成环形密闭腔体；环形密闭腔体内设置有N个均匀布置的竖直隔板，形成N个扇形空间；每个扇形空间上端对应地设置有与其连通的直流蒸汽发生器；流量搅混部件包括：环形流道；环形流道均设置有流道出口孔。本发明的一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置利用了一体化反应堆压力容器下降段的空间，通过增加水平隔板和竖直隔板实现了冷却剂流动方向的变化，达到流量搅混的目的，不会改变一体化反应堆系统的其他结构设计。

Description

一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置

技术领域

本发明属于核反应堆工程技术领域，具体涉及一种布置在一体化反应堆压力容器下降段内的流量搅混装置。

背景技术

一体化反应堆将堆芯、蒸汽发生器、主泵和稳压器等一回路系统的主要部件都布置在压力容器内部，这样布置取消了主管道，提高了反应堆的固有安全性。为了提高冷却剂的自然循环能力，一般将多台直流蒸汽发生器布置在堆芯吊篮和压力容器之间的环形间隙内，因此，一体化反应堆压力容器的下降段相比分散布置反应堆压力容器下降段的流通截面大很多。而且，直流蒸汽发生器出口的冷却剂顺流而下进入压力容器下降段，并没有流动方向的变化，这就导致来自不同直流蒸汽发生器的冷却剂在压力容器下降段内不能很好的混合。

各个直流蒸汽发生器之间相互独立运行，当某台直流蒸汽发生器故障或低负荷工况下采用直流蒸汽发生器分组运行的方案时，会隔离一组或多组直流蒸汽发生器。此时，直流蒸汽发生器的二回路给水关闭，一回路高温冷却剂没有经过冷却就进入压力容器下降段，如果不同温度的冷却剂在压力容器下降段内不能很好的混合，会造成堆芯进口处冷却剂温度的不均匀，进而导致反应堆功率分布和冷却剂流量分配的不均匀，导致个别通道出口的冷却剂出现沸腾。极限情况下可能导致燃料包壳因温度过高而破裂，造成放射性物质泄漏。

因此，急需一种能够解决上述问题的一体化反应堆压力容器下降段流量搅混装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种能够实现一体化反应堆压力容器下降段内冷却剂搅混的装置，用于解决直流蒸汽发生器分组运行造成堆芯进口冷却剂温度分布不均匀的问题，提高反应堆运行的安全性，本发明的发明内容如下：

一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置，包括流量分配部件和流量搅混部件；

所述流量分配部件，设置于一体化反应堆压力容器内壁壁面，包括：为环形且上下间隙设置的进口环形隔板和出口环形隔板、设置于所述进口环形隔板和出口环形隔板内环的环形竖直挡板，并与所述一体化反应堆压力容器内壁壁面形成环形密闭腔体；所述环形密闭腔体内设置有N个均匀布置的竖直隔板，N≥2，形成N个扇形空间；每个扇形空间上端对应地设置有与其连通的直流蒸汽发生器；

所述流量搅混部件包括：与每个所述扇形空间下端一一对应连通设置的环形流道，设置于一体化反应堆压力容器下降段；每个所述环形流道均设置有流道出口孔，所述流道出口孔与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

进一步地，所述环形密闭腔体内设置有4个均匀布置的竖直隔板，形成4个扇形空间，分别为第一扇形空间，第二扇形空间，第三扇形空间，第四扇形空间；对应所述第一扇形空间、所述第二扇形空间、所述第三扇形空间和所述第四扇形空间分别连通设置有第一环形流道，第二环形流道，第三环形流道和第四环形流道。

进一步地，所述第一环形流道包括：一体化反应堆压力容器壁面、平行于所述一体化反应堆压力容器壁面设置的第一竖直环形挡板和垂直于第一竖直环形挡板外壁设置的第一水平环形隔板，所述第一环形流道与出口环形隔板形成第一腔体；所述第一腔体与所述第一扇形空间连通；其中，所述第一竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第一水平环形隔板固定连接于所述第一竖直环形挡板中部位置；所述第一水平环形隔板均匀设置有圆形小孔，用于所述第一腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

进一步地，所述第二环形流道包括第一竖直环形挡板、与所述第一竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第二水平环形隔板、与所述第一竖直环形挡板平行设置的第二竖直环形挡板，所述第二环形流道与出口环形隔板形成第二腔体；所述第二腔体与所述第二扇形空间连通；其中，所述第二竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第二竖直环形挡板长度大于所述第一竖直环形挡板；所述第一竖直环形挡板靠近所述第二水平环形隔板端且低于第一水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第二腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

进一步地，所述第三环形流道包括第二竖直环形挡板、与所述第二竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第三水平环形隔板、与所述第二竖直环形挡板平行设置的第三竖直环形挡板，所述第三环形流道与出口环形隔板形成第三腔体；所述第三腔体与所述第三扇形空间连通；其中，所述第三竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第三竖直环形挡板长度大于所述第二竖直环形挡板；所述第二竖直环形挡板靠近所述第三水平环形隔板端且低于第二水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第三腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

进一步地，所述第四环形流道包括第三竖直环形挡板、与所述第三竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第四水平环形隔板、与所述第三竖直环形挡板平行设置的第四竖直环形挡板，所述第四环形流道与出口环形隔板形成第四腔体；所述第四腔体与所述第四扇形空间连通；其中，所述第四竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板，另一端固定连接于所述一体化反应堆压力容器底部壁面；所述第四竖直环形挡板长度大于所述第三竖直环形挡板；所述第三竖直环形挡板靠近所述第四水平环形隔板端且低于第三水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第四腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

进一步地，所述第四竖直环形挡板将一体化反应堆压力容器下降段和堆芯下腔室分隔开；所述第四竖直环形挡板底部且低于第四水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于连通一体化反应堆压力容器下降段和堆芯下腔室。

进一步地，对应所述第一扇形空间、所述第二扇形空间、所述第三扇形空间和所述第四扇形空间分别设置有第一组直流蒸汽发生器、第二组直流蒸汽发生器、第三组直流蒸汽发生器和第四组直流蒸汽发生器，并分别与对应的所述第一组直流蒸汽发生器、所述第二组直流蒸汽发生器、所述第三组直流蒸汽发生器和所述第四组直流蒸汽发生器的出口连通。

进一步地，所述第一扇形空间接收来自所述第一组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第一环形流道下部的圆形小孔向下流入所述一体化反应堆压力容器下降段；

所述第二扇形空间接收来自所述第二组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第二环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道的冷却剂混合；

所述第三扇形空间接收来自所述第三组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第三环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道和所述第二环形流道的冷却剂混合；

所述第四扇形空间接收来自所述第四组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第四环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道、所述第二环形流道和所述第三环形流道的冷却剂混合；

混合后的冷却剂通过所述第四竖直环形挡板底部的圆形小孔，由所述一体化反应堆压力容器下降段进入堆芯下腔室。

本发明的有益效果为：

1、本发明的一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置利用了一体化反应堆压力容器下降段的空间，通过增加水平隔板和竖直隔板实现了冷却剂流动方向的变化，达到流量搅混的目的，不会改变一体化反应堆系统的其他结构设计。

2、本发明的一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置实现了来自不同直流蒸汽发生器的冷却剂的混合，使得堆芯进口处的冷却剂温度和压力更加均匀，保证了反应堆的安全运行。

附图说明

图1是本发明用于一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置示意图；

图2是本发明流量分配部件进口环形隔板示意图；

图3是本发明流量分配部件出口环形隔板示意图。

其中：1-流量分配部件、2-流量搅混部件、3-竖直隔板、4-进口环形隔板、5-出口环形隔板、6-第一水平环形隔板、7-第一竖直环形挡板、8-第二水平环形隔板、9-第二竖直环形挡板、10-第三水平环形隔板、11-第一扇形空间、12-第二扇形空间、13-第三扇形空间、14-第四扇形空间、15-直流蒸汽发生器、16-主泵、17-稳压器、18-第三竖直环形挡板、19-第四水平环形隔板、20-第四竖直环形挡板、21-第一环形流道、22-第二环形流道、23-第三环形流道、24-第四环形流道、25-下降段、26-堆芯、27-堆芯下腔室、28-一体化反应堆压力容器壁面、111-第一扇形进口、121-第二扇形进口、131-第三扇形进口、141-第四扇形进口、151-第一组直流蒸汽发生器、152-第二组直流蒸汽发生器、153-第三组直流蒸汽发生器、154-第四组直流蒸汽发生器、211-第一层圆形小孔、221-第二层圆形小孔、231-第三层圆形小孔、241-第四层圆形小孔。

具体实施方式

本发明提供了一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

实施例1

一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置，包括流量分配部件1和流量搅混部件2；流量分配部件1，设置于一体化反应堆压力容器内壁壁面，包括：为环形且上下间隙设置的进口环形隔板4和出口环形隔板5、设置于进口环形隔板4和出口环形隔板5内环的环形竖直挡板20，并形成环形密闭腔体；环形密闭腔体内设置有N个均匀布置的竖直隔板3，N≥2，形成N个扇形空间；每个扇形空间上端对应地设置有与其连通的直流蒸汽发生器；本实施例中，N优选为4。

如图1所示，本实施例为本发明一种布置在一体化反应堆压力容器下降段内的流量搅混装置的一个实施例。

流量分配部件1是由进口环形隔板4、出口环形隔板5、一体化反应堆压力容器壁面28和第四环形竖直挡板20组成的圆环形密闭腔体；内部被4个均匀布置的竖直隔板3分成第一扇形空间11，第二扇形空间12，第三扇形空间13，第四扇形空间14。如图2所示，为本发明流量分配部件1进口环形隔板4的示意图，第一扇形空间11与第一组直流蒸汽发生器151相连，第二扇形空间12与第二组直流蒸汽发生器152相连，第三扇形空间13与第三组直流蒸汽发生器153相连，第四扇形空间14与第四组直流蒸汽发生器154相连。流量搅混部件2由第一环形流道21，第二环形流道22，第三环形流道23，第四环形流道24组成；如图3所示，为本发明流量分配部件1出口环形隔板5的示意图。冷却剂分别从不同的扇形空间进入下层的环形流道。第一环形流道21位于一体化反应堆压力容器下降段的最外层空间，通过第一扇形进口111与第一扇形空间11相连，对应第一组直流蒸汽发生器151；第二环形流道22位于一体化反应堆压力容器下降段的中间靠外层空间，通过第二扇形进口121与第二扇形空间12相连，对应第二组直流蒸汽发生器152；第三环形流道23位于一体化反应堆压力容器下降段的中间靠内层空间，通过第三扇形进口131与第三扇形空间13相连，对应第三组直流蒸汽发生器153；第四环形流道24位于一体化反应堆压力容器下降段的最内层空间，通过第四扇形进口141与第四扇形空间14相连，对应第四组直流蒸汽发生器154；第一环形流道21由第一竖直环形挡板7、第一水平环形隔板6和一体化反应堆压力容器壁面28组成；第一水平环形隔板6均匀设置有第一层圆形小孔211；第一环形流道21通过第一层圆形小孔211与下降段25相连。第二环形流道22由第一竖直环形挡板7、第二水平环形隔板8和第二竖直环形挡板9组成；第一竖直环形挡板7下部，低于第一水平环形隔板6的位置均匀设置有第二层圆形小孔221；第二环形流道22通过第二层圆形小孔221与下降段25相连。

第三环形流道23由第二竖直环形挡板9、第三水平环形隔板10和第三竖直环形挡板18组成；第二竖直环形挡板9下部。

低于第二水平环形隔板8的位置均匀设置有第三层圆形小孔231；第三环形流道23通过第一层圆形小孔231与下降段25相连。第四环形流道24由第三竖直环形挡板18、第四水平环形隔板19和第四竖直环形挡板20组成；第三竖直环形挡板18下部，低于第三水平环形隔板10的位置均匀设置有第四层圆形小孔241；第四环形流道24通过第一层圆形小孔241与下降段25相连。

第四竖直环形挡板20与一体化反应堆压力容器壁面28相连，将一体化反应堆压力容器分为下降段25和堆芯下腔室27；第四竖直环形挡板20下部，低于第四水平环形隔板19的位置均匀设置有第五层圆形小孔251；压力容器下降段25通过第五层圆形小孔251与堆芯下腔室27相连。

本发明一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置的原理为：

第一扇形空间11接收来自第一组直流蒸汽发生器151的冷却剂，冷却剂只能通过第一扇形进口111进入第一环形流道21，扩散到整个环形区域内，然后通过下部的第一层圆形小孔211向下流入一体化反应堆压力容器下降段25；

第二扇形空间12接收来自第二组直流蒸汽发生器152的冷却剂，冷却剂只能通过第二扇形进口121进入第二环形流道22，扩散到整个环形区域内，然后通过下部的第二层圆形小孔221横向流入一体化反应堆压力容器下降段25，冷却的流动方向与来自第一环形流道21的冷却剂垂直，实现流量的混合，然后沿压力容器下降段25向下流动；

第三扇形空间13接收来自第三组直流蒸汽发生器153的冷却剂，冷却剂只能通过第三扇形进口131进入第三环形流道23，扩散到整个环形区域内，然后通过下部的第三层圆形小孔231横向流入一体化反应堆压力容器下降段25，冷却的流动方向与来自第一环形流道21和第二环形流道22的冷却剂垂直，实现流量的混合，然后沿一体化反应堆压力容器下降段25向下流动；

第四扇形空间14接收来自第四组直流蒸汽发生器154的冷却剂，冷却剂只能通过第四扇形进口141进入第四环形流道24，扩散到整个环形区域内，然后通过下部的第四层圆形小孔241横向流入一体化反应堆压力容器下降段25，冷却的流动方向与来自第一环形流道21、第二环形流道22和第三环形流道23的冷却剂垂直，实现流量的混合，然后沿一体化反应堆压力容器下降段25向下流动；

混合后的冷却剂通过第四竖直环形挡板20上的第五层圆形小孔251，由一体化反应堆压力容器下降段25进入堆芯下腔室27。

通过流量分配部件1和流量搅混部件2将来自不同直流蒸汽发生器15的冷却剂混合后，再进入堆芯26，避免由于不同组直流蒸汽发生器的运行状态不同，导致的堆芯下腔室27内冷却剂温度不均匀对反应堆26功率分布和流量分配特性的影响。

主泵16是主冷却剂泵，用于提供冷却剂循环流动所需要的驱动压头,稳压器17用于稳定系统的压力。

以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种布置在一体化反应堆压力容器下降段的流量搅混装置，其特征在于，包括流量分配部件和流量搅混部件；

所述流量分配部件，设置于一体化反应堆压力容器内壁壁面，包括：为环形且上下间隙设置的进口环形隔板和出口环形隔板、设置于所述进口环形隔板和出口环形隔板内环的环形竖直挡板，并与所述一体化反应堆压力容器内壁壁面形成环形密闭腔体；所述环形密闭腔体内设置有N个均匀布置的竖直隔板，N≥2，形成N个扇形空间；每个扇形空间上端对应地设置有与其连通的直流蒸汽发生器；

所述流量搅混部件包括：与每个所述扇形空间下端一一对应连通设置的环形流道，设置于一体化反应堆压力容器下降段；每个所述环形流道均设置有流道出口孔，所述流道出口孔与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

2.根据权利要求1所述的流量搅混装置，其特征在于，所述环形密闭腔体内设置有4个均匀布置的竖直隔板，形成4个扇形空间，分别为第一扇形空间，第二扇形空间，第三扇形空间，第四扇形空间；对应所述第一扇形空间、所述第二扇形空间、所述第三扇形空间和所述第四扇形空间分别连通设置有第一环形流道，第二环形流道，第三环形流道和第四环形流道。

3.根据权利要求2所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第一环形流道包括：一体化反应堆压力容器壁面、平行于所述一体化反应堆压力容器壁面设置的第一竖直环形挡板和垂直于第一竖直环形挡板外壁设置的第一水平环形隔板，所述第一环形流道与环形隔板形成第一腔体；所述第一腔体与所述第一扇形空间连通；其中，所述第一竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第一水平环形隔板固定连接于所述第一竖直环形挡板中部位置；所述第一水平环形隔板均匀设置有圆形小孔，用于所述第一腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

4.根据权利要求3所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第二环形流道包括第一竖直环形挡板、与所述第一竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第二水平环形隔板、与所述第一竖直环形挡板平行设置的第二竖直环形挡板，所述第二环形流道与出口环形隔板形成第二腔体；所述第二腔体与所述第二扇形空间连通；其中，所述第二竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第二竖直环形挡板长度大于所述第一竖直环形挡板；所述第一竖直环形挡板靠近所述第二水平环形隔板端且低于第一水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第二腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

5.根据权利要求4所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第三环形流道包括第二竖直环形挡板、与所述第二竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第三水平环形隔板、与所述第二竖直环形挡板平行设置的第三竖直环形挡板，所述第三环形流道与出口环形隔板形成第三腔体；所述第三腔体与所述第三扇形空间连通；其中，所述第三竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板；所述第三竖直环形挡板长度大于所述第二竖直环形挡板；所述第二竖直环形挡板靠近所述第三水平环形隔板端且低于第二水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第三腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

6.根据权利要求5所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第四环形流道包括第三竖直环形挡板、与所述第三竖直环形挡板的另一端内壁垂直设置的第四水平环形隔板、与所述第三竖直环形挡板平行设置的第四竖直环形挡板，所述第四环形流道与出口环形隔板形成第四腔体；所述第四腔体与所述第四扇形空间连通；其中，所述第四竖直环形挡板一端固定连接于所述出口环形隔板，另一端固定连接于所述一体化反应堆压力容器底部壁面；所述第四竖直环形挡板长度大于所述第三竖直环形挡板；所述第三竖直环形挡板靠近所述第四水平环形隔板端且低于第三水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于所述第四腔体与所述一体化反应堆压力容器下降段连通。

7.根据权利要求6所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第四竖直环形挡板将一体化反应堆压力容器下降段和堆芯下腔室分隔开；所述第四竖直环形挡板底部且低于第四水平环形隔板的位置均匀设置有圆形小孔，用于连通一体化反应堆压力容器下降段和堆芯下腔室。

8.根据权利要求7所述的流量搅混装置，其特征在于，对应所述第一扇形空间、所述第二扇形空间、所述第三扇形空间和所述第四扇形空间分别设置有第一组直流蒸汽发生器、第二组直流蒸汽发生器、第三组直流蒸汽发生器和第四组直流蒸汽发生器，并分别与对应的所述第一组直流蒸汽发生器、所述第二组直流蒸汽发生器、所述第三组直流蒸汽发生器和所述第四组直流蒸汽发生器的出口连通。

9.根据权利要求8所述的流量搅混装置，其特征在于，所述第一扇形空间接收来自所述第一组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第一环形流道下部的圆形小孔向下流入所述一体化反应堆压力容器下降段；

所述第二扇形空间接收来自所述第二组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第二环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道的冷却剂混合；

所述第三扇形空间接收来自所述第三组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第三环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道和所述第二环形流道的冷却剂混合；

所述第四扇形空间接收来自所述第四组直流蒸汽发生器的冷却剂，冷却剂通过所述第四环形流道下部的圆形小孔横向流入一体化反应堆压力容器下降段，与来自所述第一环形流道、所述第二环形流道和所述第三环形流道的冷却剂混合；

混合后的冷却剂通过所述第四竖直环形挡板底部的圆形小孔，由所述一体化反应堆压力容器下降段进入堆芯下腔室。

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