CN111916231B - 一种可均匀堆芯流量分配的压水堆 - Google Patents

Abstract

本方案公开了一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，包括压力容器及设置在压力容器上的入口接管，所述入口接管用于向压力容器内导入一回路冷却剂，还包括设置在压力容器内的吊篮组件，还包括固定于吊篮组件外壁上的导流块，所述导流块上设置有第一导流面，所述入口接管的出口端局部朝向所述第一导流面，且第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面。采用本方案提供的压水堆结构设计，可有效均匀以上下降段内冷却剂周向分布的均匀性，达到利于优化反应堆热工水力性能的目的，同时该结构的运用并不影响压力容器本身。

Description

一种可均匀堆芯流量分配的压水堆

技术领域

本发明涉及核反应堆结构设计技术领域，具体涉及一种可均匀堆芯流量分配的压水堆。

背景技术

反应堆冷却剂是一种将反应堆内因核裂变产生的热量导出至堆外的热载体，对反应堆的正常工作和反应堆运行的安全性均具有重要意义。

现有技术中，压水堆一回路的冷却剂流程一般包括：由主泵出口输出的冷却剂经过主管道到达压力容器的入口接管，且入口接管一般设置在压力容器靠上的位置，冷却剂在进入压力容器中后，由吊篮与压力容器之间的环形腔室向下流动，该流程段一般称为下降段，然后，冷却剂进入下腔室中(吊篮底部与压力容器下封头之间)，通过堆芯支撑板或堆芯下板进入堆芯区域。

进一步优化核反应堆的结构设计，以使得反应堆具有更好的热工水力性能，本领域技术人员对核反应堆进行结构创新和改造的重要方向。

发明内容

针对上述提出的进一步优化核反应堆的结构设计，以使得反应堆具有更好的热工水力性能，本领域技术人员对核反应堆进行结构创新和改造的重要方向的技术问题，本发明提供了一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，采用本方案提供的压水堆结构设计，可有效均匀以上下降段内冷却剂周向分布的均匀性，达到利于优化反应堆热工水力性能的目的，同时该结构的运用并不影响压力容器本身。

本发明通过下述技术方案实现：一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，包括压力容器及设置在压力容器上的入口接管，所述入口接管用于向压力容器内导入一回路冷却剂，还包括设置在压力容器内的吊篮组件，还包括固定于吊篮组件外壁上的导流块，所述导流块上设置有第一导流面，所述入口接管的出口端局部朝向所述第一导流面，且第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面。

在具体一回路冷却剂流程中，相较于压力容器的内径，由于压力容器入口接管出口端较小，为达到冷却和导热目的，以上入口接管出口端冷却剂流速较大，冷却剂冲击到堆芯吊兰围筒上后，围筒外形产生的折流效应导致从环状下降段进入下腔室的流量分布很不均匀：冷却剂向入口接管出口端轴线的左、右两侧分散，入口接管出口端下侧的冷却剂流量较小，这样，围筒外侧环形腔体中周向方向流量分布的不均匀性会影响到压力容器下腔室内的冷却剂流动状态，最终导致进入堆芯不同冷却剂入口的冷却剂流量差异较大。反应堆堆芯入口流量分配是影响反应堆热工水力性能的重要参数。为提高反应堆的热工水力性能，本方案旨在减小进入堆芯后每个冷却剂通道的流量差异。

本方案中，通过设置为还包括为倾斜面的第一导流面，且第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面，第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧，这样，在冷却剂由入口接管的出口端引入压力容器后，第一导流面为冲刷至其上的冷却剂发挥折流作用，使得该部分冷却剂在第一导流面的作用下能够被折流为向下侧运动，以达到增大所述环形腔体中入口接管下方冷却剂流量，最终均匀所述环形腔体周向方向上各点冷却剂流量，通过均匀堆芯不同冷却剂入口的冷却剂流量优化反应堆热工水力性能的目的。

本方案中，由于第一导流面仅需要对由入口接管引入的部分冷却剂进行折流，故第一导流面本身面积以及导流块不需要太大，故本方案易于实施且实施成本低。

本方案中，由于导流块设置在入口接管出口的对侧，故导流块的安装并不影响为一回路压力边界的压力容器，同时，导流块的固定基础：围筒仅为反应堆中的结构件，其并不承压，故本方案的运用并不会影响已有反应堆的整体结构设计以及安全性能。

在具体运用时，为减小以上下降段对冷却剂流动的流动阻力，优选设置为：与第一导流面相作用的冷却剂冲刷至第一导流面上后，第一导流面将该部分冷却剂折流为以平行于压力容器的轴线的方式向下运动。

作为本领域技术人员，本方案在具体运用时，所述第一导流面的面积以及倾斜角度根据反应堆的具体运行参数以及结构参数设定，进行计算即可获得。

更进一步的技术方案为：

由于由入口接管引入的部分冷却剂直接冲刷至导流块上，作为一种结构简单、安装方便、连接可靠，利于反应堆运行稳定性和可靠性的技术方案，设置为：所述导流块焊接于吊篮组件上，且导流块上用于与吊篮组件相配合的配合面为与吊篮组件外壁相贴合的弧形面。

为使得导流块具有足够的刚度以抗冷却剂冲刷、导流块与围筒的连接可靠性、第一导流面作用的稳定性，设置为：所述导流块用于与吊篮组件连接的一端为导流块的后端，导流块远离吊篮组件的一端为导流块的前端，所述导流块的前端为与压力容器轴线平行，且正对入口接管出口端的平面；所述第一导流面为导流块的底端端面或连接所述平面与导流块底端的斜面。

作为一种在导流块体积更小，且使得导流块具有足够的刚度以抗冷却剂冲刷、导流块与围筒的连接可靠性、第一导流面作用稳定性的技术方案，设置为：所述导流块为一端与吊篮组件固定连接的锥台状，且由导流块的连接端至自由端，导流块的横截面积连续变小。

区别于现有技术，为使得冷却剂由入口接管引入压力容器后，在压力容器周向方向上下降段内各点的流量分布能够尽可能受到导流块约束的技术方案，设置为：所述导流块上设置有第二导流面，所述入口接管的出口端局部朝向所述第二导流面，第二导流面为导流块的侧面，第二导流面为倾斜面；

第二导流面的两端中，在入口接管的径向方向上，靠近压力容器轴线的一端靠近入口接管出口端的边缘，远离压力容器轴线的一端靠近入口接管出口端的中心。本方案中，所述第二导流面的倾斜方式旨在实现有入口接管出口引入的冷却剂冲刷至第二导流面上后，能够在第二导流面的作用下向侧面折流，区别于现有侧面分布仅受到围筒外壁约束的方式，本方案提供了一种主动式的分配形式，本领域技术人员在具体运用时，根据反应堆的参数设定和尺寸设定，通过设定所述第二导流面的具体形式，即可获得所需的通过折流实现周向均匀分布的目的。本方案实现侧面折流亦具有相应折流部件结构体积小、易于安装、不影响压力容器本身安全性和的特点。

为使得导流块对入口接管两侧的流体流量分布均可实现约束，设置为：所述导流块的两个侧面均为如上所述的第二导流面。

现有技术中，入口接管一般以环形均布的方式分布在压力容器上，为均匀入口接管左右侧的冷却剂流量分布，设置为：所述的两个侧面相对于入口接管出口端的轴线对称。采用本方案，亦可均匀围筒在反应堆运行过程中周向方向的受力分布，具有利于围筒位置稳定性、可保护围筒的特点。

更为完整的，针对反应堆整体，为使得各入口接管引入的冷却剂均能够受到导流块的影响，设置为：所述入口接管有多根，各入口接管均匹配有导流块。

为使得在第一导流面的作用下，被折流的冷却剂能够在位于入口接管出口端下方的下降段宽度方向上均匀分布，设置为：所述第一导流面位于入口接管出口端的轴线上。

为进一步优化以上的入口接管出口端下方的下降段宽度方向上均匀分布效果，设置为：以上所述第一导流面相对于入口接管出口端轴线左右对称。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本方案中，通过设置为还包括为倾斜面的第一导流面，且第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面，第一导流面的上端与下端两者中，上端位于下端外侧，这样，在冷却剂由入口接管的出口端引入压力容器后，第一导流面为冲刷至其上的冷却剂发挥折流作用，使得该部分冷却剂在第一导流面的作用下能够被折流为向下侧运动，以达到增大所述环形腔体中入口接管下方冷却剂流量，最终均匀所述环形腔体周向方向上各点冷却剂流量，通过均匀堆芯不同冷却剂入口的冷却剂流量优化反应堆热工水力性能的目的。

本方案中，由于第一导流面仅需要对由入口接管引入的部分冷却剂进行折流，故第一导流面本身面积以及导流块不需要太大，故本方案易于实施且实施成本低。

本方案中，由于导流块设置在入口接管出口的对侧，故导流块的安装并不影响为一回路压力边界的压力容器，同时，导流块的固定基础：围筒仅为反应堆中的结构件，其并不承压，故本方案的运用并不会影响已有反应堆的整体结构设计以及安全性能。

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为本发明所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图，用于反映导流块在整个结构中的设置方式；

图2为本发明所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆一个具体实施例的结构示意图，该示意图为剖视图，用于反映导流块相对于入口接管的设置方式；

图3为本发明所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆一个具体实施例中，导流块的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、压力容器，2、吊篮组件，3、入口接管，4、导流块，5、第一导流面，6、第二导流面。

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。

实施例1：

如图1至图3所示，一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，包括压力容器1及设置在压力容器1上的入口接管3，所述入口接管3用于向压力容器1内导入一回路冷却剂，还包括设置在压力容器1内的吊篮组件2，还包括固定于吊篮组件2外壁上的导流块4，所述导流块4上设置有第一导流面5，所述入口接管3的出口端局部朝向所述第一导流面5，且第一导流面5的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面。

在具体一回路冷却剂流程中，相较于压力容器1的内径，由于压力容器1入口接管3出口端较小，为达到冷却和导热目的，以上入口接管3出口端冷却剂流速较大，冷却剂冲击到堆芯吊兰围筒上后，围筒外形产生的折流效应导致从环状下降段进入下腔室的流量分布很不均匀：冷却剂向入口接管3出口端轴线的左、右两侧分散，入口接管3出口端下侧的冷却剂流量较小，这样，围筒外侧环形腔体中周向方向流量分布的不均匀性会影响到压力容器1下腔室内的冷却剂流动状态，最终导致进入堆芯不同冷却剂入口的冷却剂流量差异较大。反应堆堆芯入口流量分配是影响反应堆热工水力性能的重要参数。为提高反应堆的热工水力性能，本方案旨在减小进入堆芯后每个冷却剂通道的流量差异。

本方案中，通过设置为还包括为倾斜面的第一导流面5，且第一导流面5的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面，第一导流面5的上端与下端两者中，上端位于下端外侧，这样，在冷却剂由入口接管3的出口端引入压力容器1后，第一导流面5为冲刷至其上的冷却剂发挥折流作用，使得该部分冷却剂在第一导流面5的作用下能够被折流为向下侧运动，以达到增大所述环形腔体中入口接管3下方冷却剂流量，最终均匀所述环形腔体周向方向上各点冷却剂流量，通过均匀堆芯不同冷却剂入口的冷却剂流量优化反应堆热工水力性能的目的。

本方案中，由于第一导流面5仅需要对由入口接管3引入的部分冷却剂进行折流，故第一导流面5本身面积以及导流块4不需要太大，故本方案易于实施且实施成本低。

本方案中，由于导流块4设置在入口接管3出口的对侧，故导流块4的安装并不影响为一回路压力边界的压力容器1，同时，导流块4的固定基础：围筒仅为反应堆中的结构件，其并不承压，故本方案的运用并不会影响已有反应堆的整体结构设计以及安全性能。

在具体运用时，为减小以上下降段对冷却剂流动的流动阻力，优选设置为：与第一导流面5相作用的冷却剂冲刷至第一导流面5上后，第一导流面5将该部分冷却剂折流为以平行于压力容器1的轴线的方式向下运动。

作为本领域技术人员，本方案在具体运用时，所述第一导流面5的面积以及倾斜角度根据反应堆的具体运行参数以及结构参数设定，进行计算即可获得。

实施例2：

如图1至图3所示，本实施例在实施例1的基础上做进一步限定：

由于由入口接管3引入的部分冷却剂直接冲刷至导流块4上，作为一种结构简单、安装方便、连接可靠，利于反应堆运行稳定性和可靠性的技术方案，设置为：所述导流块4焊接于吊篮组件2上，且导流块4上用于与吊篮组件2相配合的配合面为与吊篮组件2外壁相贴合的弧形面。

为使得导流块4具有足够的刚度以抗冷却剂冲刷、导流块4与围筒的连接可靠性、第一导流面5作用的稳定性，设置为：所述导流块4用于与吊篮组件2连接的一端为导流块4的后端，导流块4远离吊篮组件2的一端为导流块4的前端，所述导流块4的前端为与压力容器1轴线平行，且正对入口接管3出口端的平面；所述第一导流面5为导流块4的底端端面或连接所述平面与导流块4底端的斜面。

作为一种在导流块4体积更小，且使得导流块4具有足够的刚度以抗冷却剂冲刷、导流块4与围筒的连接可靠性、第一导流面5作用稳定性的技术方案，设置为：所述导流块4为一端与吊篮组件2固定连接的锥台状，且由导流块4的连接端至自由端，导流块4的横截面积连续变小。

实施例3：

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上做进一步限定：

区别于现有技术，为使得冷却剂由入口接管3引入压力容器1后，在压力容器1周向方向上下降段内各点的流量分布能够尽可能受到导流块4约束的技术方案，设置为：所述导流块4上设置有第二导流面6，所述入口接管3的出口端局部朝向所述第二导流面6，第二导流面6为导流块4的侧面，第二导流面6为倾斜面；

第二导流面6的两端中，在入口接管3的径向方向上，靠近压力容器1轴线的一端靠近入口接管3出口端的边缘，远离压力容器1轴线的一端靠近入口接管3出口端的中心。本方案中，所述第二导流面6的倾斜方式旨在实现有入口接管3出口引入的冷却剂冲刷至第二导流面6上后，能够在第二导流面6的作用下向侧面折流，区别于现有侧面分布仅受到围筒外壁约束的方式，本方案提供了一种主动式的分配形式，本领域技术人员在具体运用时，根据反应堆的参数设定和尺寸设定，通过设定所述第二导流面6的具体形式，即可获得所需的通过折流实现周向均匀分布的目的。本方案实现侧面折流亦具有相应折流部件结构体积小、易于安装、不影响压力容器1本身安全性和的特点。

为使得导流块4对入口接管3两侧的流体流量分布均可实现约束，设置为：所述导流块4的两个侧面均为如上所述的第二导流面6。

现有技术中，入口接管3一般以环形均布的方式分布在压力容器1上，为均匀入口接管3左右侧的冷却剂流量分布，设置为：所述的两个侧面相对于入口接管3出口端的轴线对称。采用本方案，亦可均匀围筒在反应堆运行过程中周向方向的受力分布，具有利于围筒位置稳定性、可保护围筒的特点。

实施例4：

如图1至图3所示，本实施例在实施例1的基础上做进一步限定：

更为完整的，针对反应堆整体，为使得各入口接管3引入的冷却剂均能够受到导流块4的影响，设置为：所述入口接管3有多根，各入口接管3均匹配有导流块4。

为使得在第一导流面5的作用下，被折流的冷却剂能够在位于入口接管3出口端下方的下降段宽度方向上均匀分布，设置为：所述第一导流面5位于入口接管3出口端的轴线上。

为进一步优化以上的入口接管3出口端下方的下降段宽度方向上均匀分布效果，设置为：以上所述第一导流面5相对于入口接管3出口端轴线左右对称。

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 (9)

1.一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，包括压力容器(1)及设置在压力容器(1)上的入口接管(3)，所述入口接管(3)用于向压力容器(1)内导入一回路冷却剂，还包括设置在压力容器(1)内的吊篮组件(2)，其特征在于，还包括固定于吊篮组件(2)外壁上的导流块(4)，所述导流块(4)上设置有第一导流面(5)，所述入口接管(3)的出口端局部朝向所述第一导流面(5)，且第一导流面(5)的上端与下端两者中，上端位于下端外侧的倾斜面；

所述导流块(4)用于与吊篮组件(2)连接的一端为导流块(4)的后端，导流块(4)远离吊篮组件(2)的一端为导流块(4)的前端，所述导流块(4)的前端为与压力容器(1)轴线平行，且正对入口接管(3)出口端的平面；所述第一导流面(5)为导流块(4)的底端端面或连接所述平面与导流块(4)底端的斜面。

2.根据权利要求1所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述导流块(4)焊接于吊篮组件(2)上，且导流块(4)上用于与吊篮组件(2)相配合的配合面为与吊篮组件(2)外壁相贴合的弧形面。

3.根据权利要求1所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述导流块(4)为一端与吊篮组件(2)固定连接的锥台状，且由导流块(4)的连接端至自由端，导流块(4)的横截面积连续变小。

4.根据权利要求1所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述导流块(4)上设置有第二导流面(6)，所述入口接管(3)的出口端局部朝向所述第二导流面(6)，第二导流面(6)为导流块(4)的侧面，第二导流面(6)为倾斜面；

第二导流面(6)的两端中，在入口接管(3)的径向方向上，靠近压力容器(1)轴线的一端靠近入口接管(3)出口端的边缘，远离压力容器(1)轴线的一端靠近入口接管(3)出口端的中心。

5.根据权利要求4所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述导流块(4)的两个侧面均为如上所述的第二导流面(6)。

6.根据权利要求5所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述的两个侧面相对于入口接管(3)出口端的轴线对称。

7.根据权利要求1所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述入口接管(3)有多根，各入口接管(3)均匹配有导流块(4)。

8.根据权利要求1所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述第一导流面(5)位于入口接管(3)出口端的轴线上。

9.根据权利要求8所述的一种可均匀堆芯流量分配的压水堆，其特征在于，所述第一导流面(5)相对于入口接管(3)出口端轴线左右对称。

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