CN112185600B - 一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置及分配结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置及分配结构，包括压力容器、吊篮和堆芯下支撑板，吊篮和堆芯下支撑板于压力容器内，所述吊篮安装在堆芯下支撑板上，吊篮和压力容器之间形成环形的下降腔，压力容器内在堆芯下支撑板下方形成下腔室，堆芯下支撑板上设置有若干分流通孔，还包括设置在下腔室内的流量分配结构，流量分配结构包括N个横向围板和N个纵向围板，N个横向围板和N个纵向围板相互正交构成阶梯式结构，横向围板上设置有若干横向通孔，所述纵向围板上设置有若干竖向通孔，其中，N≥2。本发明所述流量分配装置不仅流量分配效果好、阻力系数小，且结构紧凑，用于对进入压力容器下腔室的冷却液进行消涡和均匀分配流量。

Description

一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置及分配结构

技术领域

本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置及分配结构。

背景技术

压水堆内的核燃料在反应堆内维持可控的链式裂变反应产生能量，进入堆芯的冷却液吸收裂变产生的能量后对燃料组件降温。冷却液吸收能量后温度升高，在系统主泵的强制循环作用下，通过主管道流经蒸汽发生器，与二回路进行热量交换，温度降低后的冷却液再重新循环进入堆芯。冷却液在堆芯的均匀程度直接影响到堆芯的温度分布，关系到堆芯温度能否及时有效的导出，也直接与堆芯热点的位置和热管因子的大小相关，而热管因子则关系到整个核电厂的安全。进入堆芯的冷却液先由反应堆下部堆内构件中的流量分配结构进行初步均分，再经堆芯下支承板进行二次均分。

现有的流量分配结构和堆芯下支承板构成的二次分流结构，虽然能够在一定程度上提高堆芯入口冷却剂流量分布的均匀性，但是仍然会导致堆芯入口冷却剂流量分布不均性。为了使进入堆芯的冷却液均匀程度符合要求，提升反应堆的整体性能，需要设计一种新的流量分配装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置及分配结构，该流量分配装置不仅流量分配效果好、阻力系数小，且结构紧凑，用于对进入压力容器下腔室的冷却液进行消涡和均匀分配流量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，包括压力容器、吊篮和堆芯下支撑板，所述吊篮和堆芯下支撑板于压力容器内，所述吊篮安装在堆芯下支撑板上，所述吊篮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下支撑板下方形成下腔室，所述堆芯下支撑板上设置有若干分流通孔，还包括设置在下腔室内的流量分配结构，所述流量分配结构包括N个横向围板和N个纵向围板，N个横向围板和N个纵向围板相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板上设置有若干横向通孔，所述纵向围板上设置有若干竖向通孔，其中，N≥2。

申请人在长期试验中发现：

由于压力容器下腔室为半椭球形，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，由于流道的急剧变化且下腔室的深度较大，致使下腔室内容易产生涡流，导致进入堆芯的冷却液流量分布不均匀。因此，为了使进入堆芯的冷却液均匀程度符合要求，提升反应堆的整体性能，需要在反应堆下腔室内设置一种流量分配装置。

本发明的流量分配结构位于堆芯下支撑板的下方，进入下腔室的冷却液经过流量分配结构的消涡和均流后，再经堆芯下支撑板的二次均分后进入堆芯，当流量分配结构对冷却液的均流能力不足时，进入堆芯的冷却液流量的均匀程度会显著降低，本发明的流量分配结构采用纵向围板和横向围板构成一种阶梯式流量分配结构，增大了流量分配结构在下腔室内对冷却液的消涡和均分面积，对进入堆芯的冷却液进行搅浑，同时截断冷却液的流量，消除涡流产生的趋势，再通过流量分配结构板上的横向通孔和竖向通孔对冷却液进行均匀分配；本发明的流量分配装置可以实现冷却液均匀程度更高的流量分配能力。

同时，流量分配结构上的横向通孔和竖向通孔使流量分配结构的通透性增强，降低冷却液在流量分配结构两端的产生压力差。

进一步地，阶梯式结构的内径自下而上逐渐增大。

进一步地，流量分配结构的下端向上凹陷形成凹腔。

设置凹腔的主要作用是为了增大下腔室底部中心区域的空间，避免进入下腔室的冷却液在下腔室中心区域形成较大的压力差。

进一步地，凹腔的深度为单个纵向围板高度的1~2倍。

上述深度设置能够使内凹腔的深度大，侧面可开设的通孔数量多，冷却液进入凹腔后可快速流动向内部扩散，加快分配流量的同时避免冷却液在凹腔内聚集而产生过大的压力，同时增强对冷却液的搅浑效果。若深度设置过大，则内部结构过于复杂，同时降低了流量分配装置的强度和稳定性。

进一步地，横向围板上开设的若干横向通孔的内径由流量分配结构的中心向边缘处呈逐渐增大的趋势。

上述设置使下腔室中间区域的冷却液向边缘进行扩散，进一步避免出现堆芯入口的中心区域流量过大，而边缘部分冷却液流量过小的问题。

进一步地，纵向围板上设置的若干竖向通孔的内径一致。

相比较于传统的流量分配装置，竖向通孔的有效面积增大，降低了阻力系数，冷却液经流量分配结构后，沿程压力损失降低。

进入流量分配机构下部与下腔室之间的冷却液，可通过流量分配结构的纵向围板和横向围板进行搅浑，其中纵向围板的设置增加了有效通孔面积，降低了阻力作用。

进一步地，横向围板的最大外径为下腔室内壁最大直径的0.6~0.8倍。

横向围板的最大外径为下腔室内壁最大直径的0.6~0.8倍，冷却液经下降腔进入下腔室时，一部分进入流量分配结构的内部，另外一部分进入流量分配结构与下腔室内壁之间的区域，两部分冷却液通过流量分配结构的搅浑后再进行混合，在下支撑板下部的流动状态更加稳定。

进一步地，N个横向围板的宽度一致且外径不一致，N个纵向围板的高度一致且外径不一致。

进一步地，流量分配结构的顶部设置有多个连接柱，多个连接柱的顶部通过连接板，所述连接板上设置有多个连接部，所述堆芯下支撑板的底部设置有与连接部配合的安装部。

进一步优选地，连接柱安装在从上到下数第二个横向围板上端面。

进一步地，流量分配结构的外壁靠近下腔室的内壁但不与下腔室的内壁接触。

一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配结构，包括流量分配结构，所述流量分配结构包括N个横向围板和N个纵向围板，N个横向围板和N个纵向围板相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板上设置有若干横向通孔，所述纵向围板上设置有若干竖向通孔，其中，N≥2。

本发明所述相互正交具体是指一个纵向围板的顶部外壁设置一个横向围板，该横向围板的外侧设置纵向围板，同一个横向围板两侧的纵向围板分别竖直朝上设置或竖直朝下设置构成台阶，即相邻2个纵向围板之间通过一个横向围板连接，相邻2个纵向围板之间的间距为横向围板的宽度，且横向围板的两个对称侧壁分别与2个纵向围板的底部和顶部连接

综上，本发明提供了一种结构紧凑、流量分配效果好、阻力系数小的反应堆下腔室流量分配装置，用于对进入压力容器下腔室的冷却液进行消涡和均匀分配流量。该结构设计在反应堆下腔室内部，通过流量分配结构上的连接板与堆芯下支撑板进行连接。当冷却液进入下腔室后，流量分配结构上的纵向围板和横向围板组成的结构截断冷却液的流线，消除涡流产生的趋势。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明所述流量分配结构为纵向围板和横向围板相互正交使流量分配结构呈阶梯式。冷却液经环形下降腔进入下腔室后，流量分配结构上的纵向围板和横向围板对冷却液进行搅浑和消涡，同时实现流量均匀分配，再经过堆芯下支撑板的二次分流后进入堆芯，对堆芯燃料组件进行流动换热，提高了堆芯入口冷却剂流量分配的均匀性。

2、本发明通过设置竖向通孔、横向通孔和凹腔，竖向通孔、横向通孔使流量分配结构的通透性增强，降低冷却液在流量分配结构两端的产生压力差，相比较于传统的流量分配装置，竖向通孔的有效面积增大，降低了阻力系数，冷却液经流量分配结构后，沿程压力损失降低，凹腔的设置增大下腔室底部中心区域的空间，避免进入下腔室的冷却液在下腔室中心区域形成较大的压力差，使得整个阶梯式流量分配装置的阻力系数小

3、本发明所述阶梯式流量分配装置结构简单紧凑，易于安装。

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是阶梯式流量分配装置的结构示意图；

图2是流量分配结构的结构示意图；

图3是流量分配结构的仰视图；

图4是流量分配结构的主视图；

图5是流量分配结构中的连接板的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-压力容器，2-吊篮，3-流量分配结构，4-堆芯下支撑板，5-下降腔，6-下腔室，7-凹腔，301-连接板，302-连接柱，303-纵向围板，304-横向围板，305-横向通孔，306-竖向通孔，307-连接部，401-安装部。

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-图4所示，一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，包括压力容器1、吊篮2和堆芯下支撑板4，所述吊篮2和堆芯下支撑板4置于压力容器1内，所述吊篮2安装在堆芯下支撑板4上，所述吊篮2和压力容器1之间形成环形的下降腔5，所述压力容器1内在堆芯下支撑板4下方形成下腔室6，所述堆芯下支撑板4上设置有若干分流通孔，还包括设置在下腔室6内的流量分配结构3，所述流量分配结构3包括N个横向围板304和N个纵向围板303，N个横向围板304和N个纵向围板303相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板304上设置有若干横向通孔305，所述纵向围板303上设置有若干竖向通孔306，其中，N≥2，N的取值可根据实际需要进行调整，可以是如图1所示的数量。

在本实施例中，设置在阶梯式结构最底部的横向围板304为圆形板，其余横向围板304为环形板，各个环形板的宽度一致，且横向围板304的外径自下而上呈逐渐的增大的趋势，即所述阶梯式结构的内径自下而上逐渐增大，所有纵向围板303均为环形板，且纵向围板303的外径自下而上呈逐渐的增大的趋势，各个纵向围板303的高度一致，横向围板304与纵向围板303虽然均为环形板，但是存在以下区别：

纵向围板303的高度大于横向围板304的高度，且纵向围板303的宽度小于横向围板304的宽度。

本实施例的工作原理如下：

反应堆堆芯位于吊篮2的内部和堆芯下支撑板4的上方，冷却液经环形的下降腔5进入下腔室6后，流量分配结构3上的纵向围板303和横向围板304对冷却液进行搅浑和消涡，同时实现流量均匀分配，再经过堆芯下支撑板4分流通孔的第二次分流后进入堆芯，对堆芯燃料组件进行流动换热。

在本实施例中，所述纵向围板303和横向围板304相互正交构成阶梯式结构，且数量大于或等于两块，该阶梯式结构有效增加了下腔室内的消涡能力，通过纵向围板303和横向围板304切断冷却液的流线，消除涡流产生的趋势；同时流量分配结构3上的横向通孔305和竖向通孔306对下腔室6内的冷却液进行依次分流，再经过堆芯下支撑板4分流通孔的第二次分流后进入堆芯，即流量分配结构3和堆芯下支撑板4实现二次分流，提高堆芯入口冷却液流量的均匀性。

实施例2：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述流量分配结构3的下端向上凹陷形成凹腔7，其主要作用是为了增大下腔室6底部中心区域的空间，避免进入下腔室6的冷却液在下腔室6中心区域形成较大的压力差；所述凹腔7的深度为单个纵向围板303高度的1~2倍。

在本实施例中，凹腔7的顶部为圆形板，侧壁为环形板，凹腔7的侧壁设置在流量分配结构3最下层纵向围板303的内侧且与纵向围板303平行，所述凹腔7的顶部与横向围板304平行设置，置在阶梯式结构最底部的横向围板304为环形板，该环形板的宽度等于凹腔7的侧壁与最下层纵向围板303之间的间距。

实施例3：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述横向围板304上开设的若干横向通孔305的内径由流量分配结构3的中心向边缘处呈逐渐增大的趋势，使下腔室6中间区域的冷却液向边缘进行扩散，避免出现堆芯入口的中心区域流量过大，而边缘部分冷却液流量过小的问题；所述纵向围板303上设置的若干竖向通孔306的内径一致，相比较于传统的流量分配装置，竖向通孔306的有效面积增大，降低了阻力系数，冷却液经流量分配结构3后，沿程压力损失降低。

实施例4：

如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述横向围板304的最大外径为下腔室6内壁最大直径的0.6~0.8倍；流量分配结构3的外壁靠近下腔室6的内壁但不与下腔室6的内壁接触。

实施例5：

如图1-图5所示，本实施例基于实施例1，所述流量分配结构3的顶部设置有多个连接柱302，多个连接柱302的顶部通过连接板301，所述连接板301上设置有多个连接部307，所述堆芯下支撑板4的底部设置有与连接部307配合的安装部401，所述连接柱302安装在从上到下数第二个横向围板304上端面。

实施例6：

如图1-图5所示，一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配结构，包括流量分配结构3，所述流量分配结构3包括N个横向围板304和N个纵向围板303，N个横向围板304和N个纵向围板303相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板304上设置有若干横向通孔305，所述纵向围板303上设置有若干竖向通孔306，其中，N≥2。

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)

1.一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，包括压力容器（1）、吊篮（2）和堆芯下支撑板（4），所述吊篮（2）和堆芯下支撑板（4）置于压力容器（1）内，所述吊篮（2）安装在堆芯下支撑板（4）上，所述吊篮（2）和压力容器（1）之间形成环形的下降腔（5），所述压力容器（1）内在堆芯下支撑板（4）下方形成下腔室（6），所述堆芯下支撑板（4）上设置有若干分流通孔，其特征在于，还包括设置在下腔室（6）内的流量分配结构（3），所述流量分配结构（3）包括N个横向围板（304）和N个纵向围板（303），N个横向围板（304）和N个纵向围板（303）相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板（304）上设置有若干横向通孔（305），所述纵向围板（303）上设置有若干竖向通孔（306），其中，N≥2；所述阶梯式结构的内径自下而上逐渐增大，设置在流量分配结构（3）最下端的横向围板（304）的中心为封闭结构。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述流量分配结构（3）的下端向上凹陷形成凹腔（7）。

3.根据权利要求2所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述凹腔（7）的深度为单个纵向围板（303）高度的1~2倍。

4.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述横向围板（304）上开设的若干横向通孔（305）的内径由流量分配结构（3）的中心向边缘处呈逐渐增大的趋势。

5.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述纵向围板（303）上设置的若干竖向通孔（306）的内径一致。

6.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述横向围板（304）的最大外径为下腔室（6）内壁最大直径的0.6~0.8倍。

7.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，N个横向围板（304）的宽度一致且外径不一致，N个纵向围板（303）的高度一致且外径不一致。

8.根据权利要求1所述的一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配装置，其特征在于，所述流量分配结构（3）的顶部设置有多个连接柱（302），多个连接柱（302）的顶部通过连接板（301），所述连接板（301）上设置有多个连接部（307），所述堆芯下支撑板（4）的底部设置有与连接部（307）配合的安装部（401）。

9.一种核反应堆下腔室阶梯式流量分配结构，其特征在于，包括流量分配结构（3），所述流量分配结构（3）包括N个横向围板（304）和N个纵向围板（303），N个横向围板（304）和N个纵向围板（303）相互正交构成阶梯式结构，所述横向围板（304）上设置有若干横向通孔（305），所述纵向围板（303）上设置有若干竖向通孔（306），其中，N≥2；所述阶梯式结构的内径自下而上逐渐增大，设置在流量分配结构（3）最下端的横向围板（304）的中心为封闭结构。

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