CN112185599B - 一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置及导流板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置及导流板，所述导流板包括第一引导部、第二引导部和第三引导部；所述第一引导部、第二引导部和第三引导部均为环形板且在竖直方向的截面均为圆弧结构，所述第一引导部、第二引导部和第三引导部上均设置有若干第一通孔，所述第一通孔分别与各个引导部的表面垂直，第二引导部设置在第一引导部内侧，所述第二引导部和第一引导部之间通过第二筋板连接，所述第三引导部设置在第二引导部内侧，所述第三引导部和第二引导部之间通过第三筋板连接。本发明所述分流板能改变冷却剂在下腔室的运动路径，预防冷却液在下腔室产生涡流，并使最终进入堆芯支承板时流量均匀，且具有结构简单的优点。

Description

一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置及导流板

技术领域

本发明涉及压水堆核电站厂核反应堆技术领域，具体涉及一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置及导流板。

背景技术

为了保证压水型反应堆热工水力的要求，满足反应堆整体的性能，进入堆芯的冷却液流量要分配均匀。下腔室内的流量分配装置主要作用是将进入下腔室的冷却液搅混消涡并进行流量分配，促使通过下腔室进入堆芯的冷却液流量分布均匀，以保证堆芯燃料组件能够得到充分的冷却。

由于压力容器的下封头多为球形，其与堆芯支承板所围的下腔室为半球形，当冷却液从压力容器入口管嘴流入，从环形下降腔进入下腔室时，就会因为流道的急剧变化且半球形封头深度较大而在下腔室内产生大量的涡流，导致进入堆芯的流量分配不均匀，为了解决该技术问题。现有的流量分配装置通常由流量分配板、消涡板和基础连接板等主要构件组成，这样的流量分配装置会造成结构复杂、压降较大、消涡效果不明显并且进入堆芯支承板的流量中间大，四周小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，该分流板能改变冷却剂在下腔室的运动路径，预防冷却液在下腔室产生涡流，并使最终进入堆芯支承板时流量均匀。

此外，本发明还提供包括上述导流板的带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，包括第一引导部、第二引导部和第三引导部；

所述第一引导部、第二引导部和第三引导部均为环形板，所述第一引导部、第二引导部和第三引导部在竖直方向的截面均为圆弧结构，所述第一引导部、第二引导部和第三引导部上均设置有若干第一通孔，所述第一通孔分别与各个引导部的表面垂直，所述第二引导部设置在第一引导部内侧，所述第二引导部和第一引导部之间通过第二筋板连接，所述第三引导部设置在第二引导部内侧，所述第三引导部和第二引导部之间通过第三筋板连接。

申请人在长期试验中发现，导致堆芯入口流量分配不均的原因主要有以下两点：

1)、根据反应堆的结构特点和堆内冷却剂流动的特性，堆芯入口流量分布呈现中心高边缘低的趋势，该趋势的原因为由于冷却剂惯性，冷却剂具有沿反应堆压力容器底部下腔室的内壁面下降、并向下腔室中央流动的趋势，冷却剂流动的这种趋势导致冷却剂流量在堆芯入口的中间部位的分布多于堆芯入口周边部分。

2)、此外，冷却剂从环形下降腔进入下腔室时，流道尺寸发生急剧的变化，因此在下腔室产生大量涡流，产生的涡流一方面使能耗增大，导致流量进一步分布不均匀另一方面涡流脱落导致螺栓等零部件振动，使零部件有松动脱落的潜在危险。

本发明所述导流板设有的三个引导部分层次的将四周向中间流动的冷却液进行引导分流，以此来减小过多的冷却液进入中间，从而减小了进入堆芯支承板中间的流量；除此之外，引导部设置为圆弧形，其具有缓慢改变冷却液运动方向的作用，因此冷却液不会因相互碰撞发生剧烈的运动转向，也不会产生涡流。

即本发明所述导流板同时具有涡流功能和分流功能，兼顾了现有流量分配板、消涡板的功能，简化了结构。

进一步地，第一引导部、第二引导部和第三引导部的高度呈逐渐递增的趋势。

上述设置更利于分流，进一步提高第一引导部、第二引导部和第三引导部的分流效果。

进一步地，第一引导部的高度为第三引导部高度的三分之一，所述第二引导部的高度为第三引导部高度的三分之二。

进一步地，第一引导部、第二引导部和第三引导部在竖直方向的截面均为四分之一圆弧结构。

进一步地，第一引导部、第二引导部和第三引导部的内径均自下而上呈逐渐缩小的趋势。

进一步地，还包括设置在第一引导部外侧的外环I，所述外环I和第一引导部之间通过第一筋板连接。

一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，包括堆芯支承板和压力容器，所述堆芯支承板置于压力容器内，所述堆芯支承板和压力容器之间形成环形的下降腔，所述压力容器内在堆芯支承板下方形成下腔室，还包括上述的导流板，以及消涡分流板，所述导流板和消涡分流板设置在下腔室内，所述导流板上设置在消涡分流板上方，所述消涡分流板包括帽型结构，所述帽型结构设置有若干第二通孔，所述第二通孔与帽型结构的表面垂直。

本发明所述帽型结构具体是指向上凸起的凸面结构，形状类似帽型。

从下降腔进入下腔室的一部分冷却液流经压力容器，并在压力容器底部汇聚后向上运动流经消涡分流板，而消涡分流板上设有带有倾角的帽型结构，可将消涡分流板下部向上运动的冷却液从中间分流到四周，以改变冷却液的运动路径，同样减小了中间的流量。

本发明所述堆内流量分配装置包括导流板和消涡分流板，所述导流板和消涡分流板均同时具有消涡和分流作用，进入下腔室内的冷却液经过导流板和消涡分流板分流后再通过堆芯支承板进入堆芯，提高了堆芯入口冷却剂流量分配的均匀性。

进一步地，消涡分流板还包括外环II，所述外环II设置在帽型结构外侧，所述外环II和帽型结构之间通过消涡筋板连接。

进一步地，还包括安装组件，所述安装组件包括径向支撑件、立柱和基础连接板，所述基础连接板的底部安装在下腔室的底部，所述基础连接板的顶部与立柱的底部连接，所述立柱的顶部与堆芯支承板的底部连接，所述导流板和消涡分流板上分别设置有用于穿过立柱的第一安装孔和第二安装孔，所述径向支撑件用于连接堆芯支承板和压力容器。

进一步地，安装组件还包括能量吸收仪，所述能量吸收仪设置在基础连接板的底部。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述分流板能改变冷却剂在下腔室的运动路径，预防冷却液在下腔室产生涡流，并使最终进入堆芯支承板时流量均匀。

2、本发明所述堆内流量分配装置包括导流板和消涡分流板，所述导流板和消涡分流板均同时具有消涡和分流作用，进入下腔室内的冷却液经过导流板和消涡分流板分流后再通过堆芯支承板进入堆芯，提高了堆芯入口冷却剂流量分配的均匀性。

3、本发明结构简单紧凑。

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为流量分配装置的结构示意图

图2为导流板的轴侧示意图

图3为导流板的剖面示意图

图4为消涡分流板的轴测示意图

图5为消涡分流板的剖面示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-堆芯支承板；2-径向支撑件；3-导流板；4-立柱；5-消涡分流板；6-能量吸收仪；7-基础连接板；8-压力容器；31-第一引导部；32-第二引导部；33-第三引导部；34-外环I；311-第一筋板；321-第二筋板；331-第三筋板；332-第一安装孔；51-帽型结构；52-第二安装孔；53-消涡筋板；54-外环II；511-第二通孔。

其中，图3中R1为第一引导部圆弧半径；R2为第二引导部圆弧半径；R3为第三引导部圆弧半径；图5中α为帽型结构的倾角。

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2和图3所示，一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，包括第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33；

所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33均为环形板，所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33在竖直方向的截面均为圆弧结构，所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33上均设置有若干第一通孔，所述第一通孔分别与各个引导部的表面垂直，所述第二引导部32设置在第一引导部31内侧，所述第二引导部32和第一引导部31之间通过第二筋板321连接，所述第三引导部33设置在第二引导部32内侧，所述第三引导部33和第二引导部32之间通过第三筋板331连接。

本实施例的工作原理如下：

先将堆芯安放于堆芯下支承板1顶部吊篮内侧，向下降腔内通入冷却剂，冷却剂沿压力容器8内壁进行向下流动至下腔室，下腔室内的冷却液经过导流板3分流后再进入堆芯下支承板1内进行堆芯，导流板3设有的三个引导部分层次的将四周向中间流动的冷却液进行引导分流，以此来减小过多的冷却液进入中间，从而减小了进入堆芯支承板1中间的流量；除此之外，第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33在竖直方向的截面均为圆弧结构，其具有缓慢改变冷却液运动方向的作用，因此冷却液不会因相互碰撞发生剧烈的运动转向，也不会产生涡流。

实施例2：

如图2和图3所示，本实施例基于实施例1，在本实施例中，对第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33进行了进一步优化，具体地：

所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33的高度呈逐渐递增的趋势，更进一步地，所述第一引导部31的高度为第三引导部33高度的三分之一，所述第二引导部32的高度为第三引导部33高度的三分之二；所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33在竖直方向的截面均为四分之一圆弧结构，即所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33的圆弧半径分别为R1、R2和R3，当第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33在竖直方向的截面均为四分之一圆弧结构时，R1、R2和R3分别为第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33的高度；所述第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33的内径均自下而上呈逐渐缩小的趋势。

实施例3：

如图2和图3所示，本实施例基于实施例1，在本实施例中，对导流板3的结构进行进一步优化，以便于安装导流板2，具体地：

还包括设置在第一引导部31外侧的外环I34，所述外环I34和第一引导部31之间通过第一筋板311连接。

实施例4：

如图1-图5所示，一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，包括堆芯支承板1和压力容器8，所述堆芯支承板1置于压力容器8内，所述堆芯支承板1和压力容器8之间形成环形的下降腔，所述压力容器8内在堆芯支承板1下方形成下腔室，其特征在于，还包括如实施例1-36任一项所述的导流板3，以及消涡分流板5，所述导流板3和消涡分流板5设置在下腔室内，所述导流板3上设置在消涡分流板5上方，所述消涡分流板5包括帽型结构51，所述帽型结构51设置有若干第二通孔511，所述第二通孔511与帽型结构51的表面垂直；所述消涡分流板5还包括外环II54，所述外环II54设置在帽型结构51外侧，所述外环II54和帽型结构51之间通过消涡筋板53连接。

在本实施例中，帽型结构51的倾角α10°-18°，优选为15°。

在本实施例中，所述导流板3的直径为压力容器8内直径的0.7-0.9倍，优选为0.8，所述消涡分流板5的直径为压力容器8内直径的0.4-0.6倍，优选为0.5；导流板3距堆芯支承板1的安装距离为压力容器8内直径的0.25-0.35倍，优选为0.3，消涡分流板5距堆芯支承板1的安装距离为压力容器8内直径的0.6-0.7倍，优选为0.65。

本实施例的工作原理如下：

从下降腔进入下腔室的一部分冷却液流经导流板上部进入堆芯支承板1，导流板3设有的三个引导部分层次的将四周向中间流动的冷却液进行引导分流，以此来减小过多的冷却液进入中间，从而减小了进入堆芯支承板1中间的流量；除此之外，第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33在竖直方向的截面均为圆弧结构，其具有缓慢改变冷却液运动方向的作用，因此冷却液不会因相互碰撞发生剧烈的运动转向，也不会产生涡流；从下降进入下腔室的另一部分冷却液流经压力容器8，并在压力容器8底部汇聚后向上运动流经消涡分流板5，而消涡分流板5上设有带有倾角的帽型结构51，可将消涡分流板5下部向上运动的冷却液从中间分流到四周，以改变冷却液的运动路径，同样减小了中间的流量。本实施例的流量分配装置改变了冷却液运动路径，预防了冷却液在下腔室产生涡流，并且冷却液最终进入堆芯支承板时流量均匀。

实施例5：

如图1-图5所示，本实施例基于实施例4，本实施例对堆内流量分配装置进行优化，以便于组件的安装，具体地：

还包括安装组件，所述安装组件包括径向支撑件2、立柱4和基础连接板7，所述基础连接板7的底部安装在下腔室的底部，所述基础连接板7的顶部与立柱4的底部连接，所述立柱4的顶部与堆芯支承板1的底部连接，所述导流板3和消涡分流板5上分别设置有用于穿过立柱4的第一安装孔332和第二安装孔52，所述径向支撑件2用于连接堆芯支承板1和压力容器8；所述安装组件还包括能量吸收仪6，所述能量吸收仪6设置在基础连接板7的底部。

在本实施例中，消涡分流板5通过第二安装孔52采用螺纹连接的方式与立柱4相连，帽型结构51通过消涡筋板53和外环II54相连，所述第一安装孔332设置在第三引导部33上，第一安装孔332采用螺纹连接的方式与立柱4相连，所述能量吸收仪6为现有技术，具有减震作用。

所述基础连接板7的直径为压力容器8内直径的0.2-0.3倍，优选为0.25，基础连接板7距堆芯支承板1的安装距离为压力容器8内直径的0.85-0.95倍，优选为0.9。

综上，本发明所述堆内流量分配装置包括导流板3、消涡分流板5；导流板设有第一引导部31、第二引导部32和第三引导部33，各引导部均设有第一通孔，各个引导部分层次的将四周向中间流动的冷却液进行引导分流，从而减小了进入堆芯支承板1中间的流量；各个引导部防止冷却液因相互碰撞发生剧烈的运动转向，也不会产生涡流；消涡分流板5设有帽型结构51，所述帽型结构51设置带有一定角度的倾角α，且帽型结构51开设有垂直于表面的第二通孔511，通过帽型结构51将冷却液从中间分流到四周，均匀了进入堆芯支承板1的流量；该流量分配装置改变了冷却液运动路径，预防了冷却液在下腔室产生涡流，并且冷却液最终进入堆芯支承板时流量均匀.

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 (8)

1.一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，其特征在于，包括第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）；

所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）均为环形板，所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）在竖直方向的截面均为圆弧结构，所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）上均设置有若干第一通孔，所述第一通孔分别与各个引导部的表面垂直，所述第二引导部（32）设置在第一引导部（31）内侧，所述第二引导部（32）和第一引导部（31）之间通过第二筋板（321）连接，所述第三引导部（33）设置在第二引导部（32）内侧，所述第三引导部（33）和第二引导部（32）之间通过第三筋板（331）连接；所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）的高度呈逐渐递增的趋势；所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）的内径均自下而上呈逐渐缩小的趋势。

2.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，其特征在于，所述第一引导部（31）的高度为第三引导部（33）高度的三分之一，所述第二引导部（32）的高度为第三引导部（33）高度的三分之二。

3.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，其特征在于，所述第一引导部（31）、第二引导部（32）和第三引导部（33）在竖直方向的截面均为四分之一圆弧结构。

4.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆堆内流量分配的导流板，其特征在于，还包括设置在第一引导部（31）外侧的外环I（34），所述外环I（34）和第一引导部（31）之间通过第一筋板（311）连接。

5.一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，包括堆芯支承板（1）和压力容器（8），所述堆芯支承板（1）置于压力容器（8）内，所述堆芯支承板（1）和压力容器（8）之间形成环形的下降腔，所述压力容器（8）内在堆芯支承板（1）下方形成下腔室，其特征在于，还包括如权利要求1-4任一项所述的导流板（3），以及消涡分流板（5），所述导流板（3）和消涡分流板（5）设置在下腔室内，所述导流板（3）上设置在消涡分流板（5）上方，所述消涡分流板（5）包括帽型结构（51），所述帽型结构（51）设置有若干第二通孔（511），所述第二通孔（511）与帽型结构（51）的表面垂直。

6.根据权利要求5所述的一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，其特征在于，所述消涡分流板（5）还包括外环II（54），所述外环II（54）设置在帽型结构（51）外侧，所述外环II（54）和帽型结构（51）之间通过消涡筋板（53）连接。

7.根据权利要求5所述的一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，其特征在于，还包括安装组件，所述安装组件包括径向支撑件（2）、立柱（4）和基础连接板（7），所述基础连接板（7）的底部安装在下腔室的底部，所述基础连接板（7）的顶部与立柱（4）的底部连接，所述立柱（4）的顶部与堆芯支承板（1）的底部连接，所述导流板（3）和消涡分流板（5）上分别设置有用于穿过立柱（4）的第一安装孔（332）和第二安装孔（52），所述径向支撑件（2）用于连接堆芯支承板（1）和压力容器（8）。

8.根据权利要求7所述的一种带有帽形引流的核反应堆堆内流量分配装置，其特征在于，所述安装组件还包括能量吸收仪（6），所述能量吸收仪（6）设置在基础连接板（7）的底部。

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