CN113990533B - 反应堆及其冷却剂传输结构 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种反应堆及其冷却剂传输结构。反应堆包括压力容器；设置于压力容器内部的堆芯组件、冷却剂以及动力泵，冷却剂传输结构包括：进口管段，与动力泵的出口连通，用于接收动力泵泵送的冷却剂；和两个出口管段，用于将动力泵泵送的冷却剂传送至堆芯组件，其中，每个出口管段包括具有第一预设角度的第一弯管段、具有第二预设角度的第二弯管段，以及连接在第一弯管段和第二弯管段的中间直管段，第二弯管段所在平面与第一弯管段所在平面之间具有夹角。本申请的技术方案能够减小冷却剂对管壁的撞击力，缓解因动力泵工作而引起的震动。

Description

反应堆及其冷却剂传输结构

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆及其冷却剂传输结构。

背景技术

一回路主冷却系统是反应堆内的主要系统之一，一回路中的冷却剂通过堆芯组件时将燃料元件内产生的热量从堆芯排出，维持堆芯正常工作条件，确保反应堆安全运行。在一回路主冷却系统中，依靠动力泵实现一回路冷却剂的循环，并通过冷却剂传输结构使冷却剂在动力泵和堆芯组件之间流通。

发明内容

本发明实施例的第一方面提供了一种用于反应堆的冷却剂传输结构，所述反应堆包括压力容器；设置于所述压力容器内部的堆芯组件、冷却剂以及动力泵，所述冷却剂传输结构包括：

进口管段，与所述动力泵的出口连通，用于接收所述动力泵泵送的冷却剂；和

两个出口管段，用于将所述动力泵泵送的冷却剂传送至所述堆芯组件，

其中，每个所述出口管段包括具有第一预设角度的第一弯管段、具有第二预设角度的第二弯管段，以及连接在所述第一弯管段和所述第二弯管段的中间直管段，所述第二弯管段所在平面与所述第一弯管段所在平面之间具有夹角。

本发明实施例的第二方面提供了一种反应堆，包括：压力容器；设置于所述压力容器内部的堆芯组件、冷却剂以及动力泵，所述反应堆还包括：如本发明实施例的第一方面提供的冷却剂传输结构，用于将所述动力泵泵送的冷却剂传送至所述堆芯组件。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明实施例的反应堆的示意性原理图；

图2是根据本发明实施例的用于反应堆的冷却剂传输结构的结构图；

图3是图2所示冷却剂传输结构的剖视图；

图4是图2所示冷却剂传输结构的俯视图；以及

图5是图4中A区域的局部放大图。

附图中：

11、堆顶盖；12、堆容器；20、堆芯组件；30、动力泵；31、泵支承；50、栅板联箱；60、堆内支承；

40、冷却剂传输结构；41、进口管段；42、出口管段；421、第一直管段；422、第一弯管段；423、中间直管段；424、第二弯管段；425、第二直管段；426、接头部；4261、第一连接部；4262、第二连接部；427、密封部；43、三通管件；44、减振部。

应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。

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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

对于反应堆而言，目前有回路式反应堆和池式反应堆。回路式结构就是用管路把各个独立的设备连接成回路系统；换热器位于压力容器外部。池式反应堆将堆芯、一回路主冷却系统浸泡在冷却剂池(即压力容器)内。通过动力泵使池内的冷却剂在堆芯组件与换热器之间流动。

本申请实施例的冷却剂传输结构特别适合于池式反应堆。具体地，反应堆可以是中国示范快堆；冷却剂可以是液态钠或者液态铅铋合金等。

对于池式反应堆，一回路主冷却系统在反应堆中起到排出堆芯产生的热量的作用，一回路主冷却系统中的冷却剂通过堆芯组件时将堆芯组件的热量从堆芯排出，维持堆芯正常工作条件，确保反应堆安全运行。冷却剂传输结构在一回路主冷却系统中起到传输冷却剂的作用，具体地，冷却剂传输结构将冷却剂从动力泵传输至堆芯组件。

图1是根据本发明实施例的反应堆的示意性原理图。图中箭头方向表示冷却剂的流动方向。如图1所示，反应堆可包括堆容器12和堆顶盖11。堆顶盖11可通过螺栓等紧固件与堆容器12固定连接，两者密闭形成压力容器。反应堆还包括设置于压力容器内部的堆芯组件20和动力泵30。压力容器内部还设有冷却剂，用于将堆芯组件20的热量向外传递。动力泵30由泵支承31支承，泵支承31可固定在堆顶盖11上。泵支承31的下端有泵出口，由动力泵30泵送的冷却剂经由泵支承31的泵出口向外流出。

可选地，动力泵30可以是离心泵，在泵内充满冷却剂的情况下，叶轮旋转产生离心力，叶轮槽道中的冷却剂在离心力的作用下甩向外围流进泵壳，此时叶轮中心压强降低，该压强低于管内的压强，冷却剂在压强差的作用下流入叶轮，使得离心泵可以不断地吸入冷却剂，从而完成冷却剂的循环。在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况选择其他类型的动力泵30为冷却剂传输提供动力。

冷却剂传输结构40用于将冷却剂从动力泵30传输至堆芯组件20。

图2是根据本发明实施例的用于反应堆的冷却剂传输结构40的结构图；图3是图2所示冷却剂传输结构的剖视图；图4是图2所示冷却剂传输结构的俯视图。参见图2至图4,，冷却剂传输结构40包括：进口管段41和两个出口管段42。

进口管段41与动力泵30的出口连通，用于接收动力泵30泵送的冷却剂。具体地，进口管段41可以与泵支承31的泵出口相接。

两个出口管段42用于将动力泵30泵送的冷却剂传送至堆芯组件20。

其中，每个出口管段42沿冷却剂流动方向依次包括第一弯管段422、中间直管段423以及第二弯管段424。即，与第二弯管段424相比，第一弯管段422更接近进口管段41，中间直管段423连接在第一弯管段422和第二弯管段424之间。

第二弯管段424所在平面与第一弯管段422所在平面之间具有夹角。换言之，第二弯管段424与第一弯管段422在不同的平面内弯折。

第二弯管段424对应的圆心角β大于第一弯管段422对应的圆心角。

本申请实施例的冷却剂传输结构40，由于出口管段42设有两个在不同的平面内弯折的弯管段，且位于下游的第二弯管段424对应的圆心角大于位于上游的第一弯管段422对应的圆心角，当冷却剂在出口管段42的第一弯管段422流动至第二弯管段424时，能够减小冷却剂对管壁的撞击力，大大缓解因动力泵30工作而引起的震动。并且能够有效避免与动力泵30转频和泵出口流体脉动频率发生共振。

在一些实施例中，第一弯管段422对应的圆心角可在70度-110度之间选取。进一步地，第一弯管段422对应的圆心角可在80度-100度之间选取。更进一步地，第一弯管段422对应的圆心角可在85度-95度之间选取。在图示的实施例中，第一弯管段422对应的圆心角基本为90度。

第二弯管段424对应的圆心角β对应的圆心角可在80度-120度之间选取。进一步地，第二弯管段424对应的圆心角β可在90度-110度之间选取。

更进一步地，第一弯管段422对应的圆心角为钝角。第一弯管段422对应的圆心角例如可在100度-108度之间选取。在图示的实施例中，第一弯管段422对应的圆心角基本为103度。由于第二弯管段424相对于第一弯管段422更平缓，尽量减小了流体在管道中的阻力，从而有利于保证冷却剂的顺畅流通。

对于反应堆而言，其泵支承31固定在堆内支承上板上，栅板联箱50固定在堆内支承中板上，由于二者存在一定的温差，因此，本申请将冷却剂传输结构40设计为空间弯曲的结构，能够通过自身热膨胀达到热位移补偿。

冷却剂传输结构40还包括：三通管件43。三通管件43具有相互连通的三个管段，其中一个管段作为进口管段41；另两个管段分别与两个出口管段42相接。

三通管件43可具有一个进口管和两个出口管，一个进口管和两个出口管组成裤衩式结构。

三通管件43的进口管作为进口管段41直接与泵支承31的泵出口相接。

在另一些实施例中，三通管件43的进口管与进口管段41相接。三通管件43通过进口管段41与泵支承31的泵出口相接。

每个出口管段42还包括：第一直管段421和第二直管段425。第一直管段421两端分别与三通管件43的一个管段和第一弯管段422相接。换言之，第一弯管段422通过第一直管段421与三通管件43的一个出口管段42相接。

第二直管段425，与第二弯管段424的远离中间直管段423的一端相接。

在一些实施例中，第一弯管段422所处的平面与第二弯管段424所处的平面之间的夹角等于第一弯管段422对应的圆心角。

在一些实施例中，两个出口管段42的第一直管段421均沿竖向延伸；两个出口管段42的中间直管段423、第二直管段425以及第二弯管段424均位于相同水平面内。容易理解，在这样的实施例中，第一弯管段422对应的圆心角基本为90度。第一弯管段422所处的平面与第二弯管段424所处的平面之间的夹角为90度。

在一些实施例中，两个出口管段42的第一直管段421之间的间距大于等于中间直管段423的长度。

在一些实施例中，中间直管段423的长度大于第二直管段425的长度。

可选地，出口管段42的各管段之间可以通过焊接连接，也可以一体成型。

容易理解，在一些实施例中，两个出口管段42对称设置。

两个出口管段42的第二弯管段424的开口相互面对。

两个出口管段42的第二直管段425之间的夹角γ大于第一阈值且小于第二阈值。

在一些实施例中，夹角γ大于80度且小于110度。进一步地，夹角γ大于90度且小于100度。在图示的实施例中，夹角γ基本为96度。在这样的角度范围内，可使得冷却剂从两个出口管段42流入栅板联箱50时，两股冷却剂流既能够进行较好的混合，同时又有利于冷却剂充满栅板联箱50的内部空间，从而有利于从出口管段42进来的冷却剂能够快速参与循环流动。

两个第一直管段421在水平面上的投影连线a与中间直管段423在水平面上的投影b之间的夹角α大于第三阈值且小于第四阈值。

在一些实施例中，夹角α大于20度且小于50度。进一步地，夹角α大于28度且小于42度。在图示的实施例中，夹角α可以为35度。通过将夹角α限定在上述角度范围内，使得中间直管段423相对于第一直管段421向外偏转较大的角度，从而为第二弯管段424提供充足的空间使其对应的圆心角范围较大(如为钝角)。从而，在整体上，一方面，尽量减小了流体在管道中的阻力；另一方面，使得冷却剂传输结构40通过其长度及管道的几何形状达到热位移自补偿的作用；并且，还有效地避免了与动力泵30转频和泵出口流体脉动频率发生共振。

在一些实施例中，反应堆还包括：设置于压力容器内部的栅板联箱50，栅板联箱50至少用于固定和支承堆芯组件20以及为堆芯组件20分配冷却剂流量。每个出口管段42的第二直管段425还设有接头部426，用于至少与栅板联箱50相接，使得冷却剂进入栅板联箱50，从而对堆芯组件20进行冷却。

参见图5，每个出口管段42还包括：密封部427，设于接头部426，用于防止出口管段42内的冷却剂从接头部426流至栅板联箱50的外部。可选地，密封部427可以是密封环。

接头部426包括：第一连接部4261，其自第二直管段425的管壁在第二直管段425的径向外侧朝第二直管段425的出口延伸，以与栅板联箱50相接。密封部427设置在形成在第一连接部与第二直管段425之间的环形槽内。

反应堆还包括位于栅板联箱50径向外侧的堆内支承60，接头部426还包括：第二连接部4262，形成在第一连接部的径向外侧，用于与堆内支承60相接。

在一些实施例中，参见图2，可在第一弯管段422设置有减振部44，以至少部分地消除冷却剂传输结构40与动力泵30的共振。减振部44可与堆内支承60固定连接，第一弯管段422可以穿过减振部44，使得减振部44对第一弯管段422起到约束作用，从而至少部分地消除冷却剂传输结构40与动力泵30之间的共振。

容易理解，反应堆内的冷却剂传输结构40浸泡在冷却剂中，由于冷却剂附加质量的影响，冷却剂传输结构40的刚度会降低约40％，使得对冷却剂传输结构40的刚度要求更高，在第一弯管段422设置减振部44，可以通过提高支承刚度来提高该冷却剂传输结构40的整体刚度。

减振部44可以包括波纹管，第一弯管段422设置为穿过波纹管，该波纹管可以用于补偿第一弯管段422在地震载荷下产生的位移，从而提高第一弯管段422与减振部44的连接部位、冷却剂传输结构40与动力泵30的连接部位以及冷却剂传输结构40与栅板联箱50的连接部位的强度。

在其他实施例中，减振部44也可以包括弹性件，弹性件周向设置于第一弯管段422，用于补偿第一弯管段422在地震载荷下产生的位移。

本发明的实施例在中国示范快堆上进行了应用，应用过程中，通过一个三通管件43与两个弯管的结构形式，实现了泵支承31上泵出口位置与堆芯支承的连接。三通管件43的壁厚35mm，三通管件43的上部管段(即进口管)外径1250mm，总高度1979mm。两个出口管中心距2000mm(该间距也为两个第一直管段421之间的间距)。出口管段42的壁厚16mm，总长6922mm，其中第一弯管段422对应的圆心角的角度为90°，第二弯管段424对应的圆心角β的角度为103°。

对于本申请实施例的冷却剂传输结构40，通过调整管道的直径、壁厚、弯管走向，进一步解决了热膨胀自补偿的问题，同时还能够较少共振以及减小流体阻力。

本发明的实施例还提供了一种反应堆。如图1所示，反应堆可包括堆容器12和堆顶盖11。堆顶盖11可通过螺栓等紧固件与堆容器12固定连接，两者密闭形成压力容器。反应堆还包括设置于压力容器内部的堆芯组件20、冷却剂、动力泵30以及冷却剂传输结构40。

动力泵30由泵支承31支承，泵支承31可固定在堆顶盖11上。泵支承31的下端有泵出口，由动力泵30泵送的冷却剂经由泵支承31的泵出口向外流出至冷却剂传输结构40，之后进入堆芯组件20对堆芯组件20进行降温。

反应堆还可包括：设置于压力容器内部的栅板联箱50，栅板联箱50至少用于固定和支承堆芯组件20以及为堆芯组件20分配冷却剂流量。由动力泵30泵送的冷却剂经由泵支承31的泵出口向外流出至冷却剂传输结构40，之后进入栅板联箱50内部。

反应堆还可包括：换热器(图中未示出)，利用二次侧介质与从堆芯组件20流出的冷却剂(即一次侧介质)进行换热，从而对压力容器内部的冷却剂进行降温。从换热器流出的冷却剂被动力泵30泵送至冷却剂传输结构40。

在本发明的实施例中，反应堆可以是选用金属钠作为冷却剂的池式钠冷快堆。从换热器流出的经过降温后的液钠经由动力泵30送至冷却剂传输结构40，并进一步送至栅板联箱50，从而对堆芯组件20以及堆内其他设备进行冷却，液钠吸收堆芯组件20产生的热量之后，再循环回换热器进行降温，从而完成冷却剂在反应堆一回路中的循环。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于反应堆的冷却剂传输结构，所述反应堆包括压力容器；设置于所述压力容器内部的堆芯组件（20）、冷却剂以及动力泵（30），其特征在于，所述冷却剂传输结构（40）包括：

进口管段（41），与所述动力泵（30）的出口连通，用于接收所述动力泵（30）泵送的冷却剂；和

两个出口管段，用于将所述动力泵（30）泵送的冷却剂传送至所述堆芯组件（20），

其中，每个所述出口管段沿冷却剂流动方向依次包括第一弯管段（422）、中间直管段（423）以及第二弯管段（424），其中所述第二弯管段（424）所在平面与所述第一弯管段（422）所在平面之间具有夹角；且所述第二弯管段（424）对应的圆心角大于所述第一弯管段（422）对应的圆心角；所述第一弯管段（422）设置有减振部（44），所述减振部（44）与堆内支承（60）固定连接，所述第一弯管段（422）穿过所述减振部（44），使得所述减振部（44）对所述第一弯管段（422）起到约束作用，从而至少部分地消除所述冷却剂传输结构（40）与动力泵（30）之间的共振；

所述冷却剂传输结构还包括：

三通管件（43），具有相互连通的三个管段，其中一个管段作为所述进口管段（41）；另两个管段分别与所述两个出口管段相接；

每个所述出口管段还包括：

第一直管段（421），其两端分别与所述三通管件（43）的一个管段和所述第一弯管段（422）相接；和

第二直管段（425），与所述第二弯管段（424）的远离所述中间直管段（423）的一端相接；

两个所述出口管段的所述第一直管段（421）均沿竖向延伸；

两个所述出口管段的所述中间直管段（423）、所述第二直管段（425）以及所述第二弯管段（424）均位于相同水平面内；

两个所述第一直管段（421）在水平面上的投影连线与所述中间直管段（423）在水平面上的投影之间的夹角大于20度且小于50度。

2.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，第一弯管段（422）所处的平面与第二弯管段（424）所处的平面之间的夹角等于所述第一弯管段（422）对应的圆心角。

3.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，

两个所述出口管段的第二弯管段（424）的开口相互面对。

4.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，

两个所述出口管段的第二直管段（425）之间的夹角（γ）大于80度且小于110度。

5.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，所述反应堆还包括：设置于所述压力容器内部的栅板联箱（50），所述栅板联箱（50）至少用于固定和支承所述堆芯组件（20）以及为所述堆芯组件（20）分配冷却剂流量，其特征在于，

所述每个所述出口管段的第二直管段（425）还设有接头部（426），用于至少与所述栅板联箱（50）相接。

6.根据权利要求5所述的冷却剂传输结构，其特征在于，每个所述出口管段还包括：

密封部（427），设于所述接头部（426），用于防止所述出口管段内的冷却剂从所述接头部（426）流至所述栅板联箱（50）的外部。

7.根据权利要求6所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述接头部（426）包括：

第一连接部，其自所述第二直管段（425）的管壁在所述第二直管段（425）的径向外侧朝所述第二直管段（425）的出口延伸，以与所述栅板联箱（50）相接；

所述密封部（427）设置在形成在所述第一连接部与所述第二直管段（425）之间的环形槽内。

8.根据权利要求7所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述反应堆还包括位于所述栅板联箱（50）径向外侧的堆内支承（60），

所述接头部（426）还包括：

第二连接部，形成在所述第一连接部的径向外侧，用于与所述堆内支承（60）相接。

9.一种反应堆，包括：压力容器；设置于所述压力容器内部的堆芯组件（20）、冷却剂以及动力泵（30），其特征在于，所述反应堆还包括：

如权利要求1-8中任一项所述的冷却剂传输结构（40），用于将所述动力泵（30）泵送的冷却剂传送至所述堆芯组件（20）。