CN114388158A - 一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型 - Google Patents

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张晓斌
张冀兰
杨加东
洪伟
魏文斌
刘华
柯海鹏
蒋勇
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    • G21C19/20—Arrangements for introducing objects into the pressure vessel; Arrangements for handling objects within the pressure vessel; Arrangements for removing objects from the pressure vessel
    • G21C19/202—Arrangements for handling ball-form, i.e. pebble fuel
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Abstract

本申请提出一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，包括反应堆压力容器和堆芯导流件，所述反应堆压力容器中部设置有中心堆芯筒，所述中心堆芯筒的顶部中心处设置有进料装置；所述堆芯导流件为锥形体结构，所述堆芯导流件位于所述进料装置的出料口正下方，所述锥形体的小头端锥部朝上设置，以使通过所述进料装置输出的燃料元件掉落至所述堆芯导流件的所述锥部顶端，然后沿着所述堆芯导流件的锥面滑落至所述中心堆芯筒中通过设置堆芯导流件，使得燃料元件进入中心堆芯筒前先沿着堆芯导流件的锥面随机到达中心堆芯筒活性区周向边界，燃料元件落在周向外圈依靠重力向堆芯中间移动，进而避免反应堆堆芯顶部燃料聚集。

Description

一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型
技术领域
本申请涉及核反应堆工程技术领域，尤其涉及一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型。
背景技术
核反应堆燃料元件的功能是产生核裂变能，最有效地导出核裂变释放出来的能量；最大限度的把燃料和裂变产物约束在燃料元件内；在堆运行中满足机械强度和热工水力的要求，在反应堆寿期内保持完整性。模块式高温气冷堆燃料元件是由包覆燃料颗粒的球体结构。模块式高温气冷堆燃料元件在反应堆中的运行方式是由堆顶加入，流经堆芯，从堆底卸出，再由输送系统送到堆顶和进入堆芯。模块式高温气冷堆每一个反应堆各有一件堆芯进料装置，位于反应堆压力容器内，通过支座和螺栓固定在反应堆压力容器内的金属堆内构件上支承板中心上。进球管从环向阵列的吸收球贮罐的间隙穿过，插入进料装置的进球漏斗。
燃料球经堆芯进料装置进入堆芯后，会形成“锥形”球床，如图1所示。“锥形”球床顶端高度无法测量，随时可能坍塌，导致的结果是反应堆堆芯活性区范围无法进行准确判断，堆芯顶部核功率分布不均匀。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，通过设置堆芯导流件，使得燃料元件进入中心堆芯筒前先沿着堆芯导流件的锥面随机到达中心堆芯筒活性区周向边界，燃料元件落在周向外圈依靠重力向堆芯中间移动，进而避免反应堆堆芯顶部燃料聚集。
为达到上述目的，本申请提出的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，包括：
反应堆压力容器，所述反应堆压力容器中部设置有中心堆芯筒，所述中心堆芯筒的顶部中心处设置有进料装置；
堆芯导流件，所述堆芯导流件为锥形体结构，所述堆芯导流件位于所述进料装置的出料口正下方，所述锥形体的小头端锥部朝上设置，以使通过所述进料装置输出的燃料元件掉落至所述堆芯导流件的所述锥部顶端，然后沿着所述堆芯导流件的锥面滑落至所述中心堆芯筒中。
进一步地，所述锥形体结构为规则的圆锥体结构。
进一步地，所述圆锥体的锥面为光滑面。
进一步地，所述圆锥体的中心轴线的方向与所述圆锥体的重力方向一致。
进一步地，所述堆芯导流件为中部空心结构。
进一步地，所述圆锥体的大头端的端部边侧与所述中心堆芯筒的内壁之间设有环形间隙，以使所述燃料元件沿着所述圆锥体的锥面下落至所述大头端的端部边侧后从所述环形间隙处下落至所述中心堆芯筒中。
进一步地，所述堆芯导流件的底部周侧等角度设置多个连接杆，多个所述连接杆分别连接至所述中心堆芯筒内壁。
进一步地，所述堆芯导流件的锥面周侧等角度设置多个连接杆，多个所述连接杆分别连接至所述进料装置上。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有的反应堆压力容器的结构示意图；
图2是本申请增加堆芯导流件后的反应堆压力容器结构示意图；
图3是本申请的反应堆压力容器进料后的分布结构图；
图4是本申请燃料元件从堆芯导流件的锥面滑落后在中心堆芯筒内移动过程中的受力和移动原理；
图中，1、反应堆压力容器；2、堆芯导流件；3、中心堆芯筒；4、进料装置；5、连接杆。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型的结构示意图。
参见图1-4，一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，包括反应堆压力容器1和堆芯导流件2，反应堆压力容器1中部设置有中心堆芯筒3，中心堆芯筒3的顶部中心处设置有进料装置4，燃料元件经进料装置4进入堆芯后，会形成“锥形”球床，如图1所示。“锥形”球床顶端高度无法测量，随时可能坍塌，导致的结果是反应堆堆芯活性区范围无法进行准确判断，堆芯顶部核功率分布不均匀，因此设置堆芯导流件2，如图2所示，堆芯导流件2为锥形体结构，堆芯导流件2位于进料装置4的出料口正下方，锥形体的小头端锥部朝上设置，以使通过进料装置4输出的燃料元件掉落至堆芯导流件2的锥部顶端，然后沿着堆芯导流件2的锥面滑落至中心堆芯筒3中，先随机到达中心堆芯筒3活性区周向边界，燃料元件落在周向外圈依靠重力向堆芯中间移动，最终实现图3示意的状态，燃料元件从堆芯导流件2的锥面滑落后在中心堆芯筒3内移动过程中的受力和移动原理图如图4所示，其中进料装置4、反应堆压力容器1和中心堆芯筒3为现有技术结构，此处不再详细赘述。
在一些实施例中，锥形体结构为规则的圆锥体结构。
另外，圆锥体的锥面为光滑面，圆锥体的中心轴线的方向与圆锥体的重力方向一致，也就是说，圆锥体的中心轴线竖直设置，燃料元件在接触在堆芯导流件2前靠重力直线下落的方向与中心轴线方向一致，使得燃料元件下落至圆锥体顶部后可以均匀的向圆锥体周向360°随机均匀分布，使得到达中心堆芯筒3活性区周向边界的燃料元件分布均匀。
需要说明的是，为了确保燃料元件下落时均匀，此时圆锥体的大头端底面为圆形，中心轴线位于圆形的圆心处，可以保障燃料元件在圆锥体锥面上滑动至大头端边侧时，距离中心堆芯筒3内部落料处的距离均匀，若圆锥体一侧的锥面延伸较长，则燃料元件下落至中心堆芯筒3内部的距离会产生偏差。
另外，需要详细说明的是，堆芯导流件2在反应堆压力容器1中的安装方式可以有多种。
作为一种可能的结构，堆芯导流件2的底部周侧等角度设置两个连接杆，两个连接杆分别连接至中心堆芯筒3内壁，通过连接杆实现对堆芯导流件2的支撑，但是为了防止连接杆影响燃料元件的下落均匀性，可以等角度设置两个连接杆，每个连接杆的直径设置较小，这样能够确保燃料元件在遇到连接杆阻挡时还可以自动落下，不会卡在连接杆与中心堆芯筒3的连接处，并且由于连接杆等角度均匀设置，使得燃料元件下落时即使连接杆阻挡，但是下落至中心堆芯筒3后仍均匀。
作为另一种可能的结构，堆芯导流件2的锥面周侧等角度设置两个连接杆，两个连接杆分别连接至进料装置4上，也就是说，在堆芯导流件2的锥面下方边侧连接两个连接杆5，通过两个连接杆5分别连接至进料装置4的外部，并且连接杆5设置的直径较小，这样能够确保燃料元件在遇到连接杆5阻挡时还可以自动落下，不会卡在连接杆5与堆芯导流件2的锥面之间，并且由于连接杆5等角度均匀设置，使得燃料元件下落时即使连接杆5阻挡，但是下落至中心堆芯筒3后仍均匀。
在一些实施例中，堆芯导流件2可以为中部空心结构，进而能够降低堆芯导流件2的重量，减少连接杆的承重。
在一些实施例中，圆锥体的大头端的端部边侧与中心堆芯筒3的内壁之间设有环形间隙，以使所述燃料元件沿着圆锥体的锥面下落至大头端的端部边侧后从环形间隙处下落至中心堆芯筒3中，也就是说，由于圆锥体的大头端的端部边侧与中心堆芯筒3的内壁之间均不相接，并且圆锥体位于中心堆芯筒3中心处，因此圆锥体的大头端的端部边侧与中心堆芯筒3的内壁之间形成环形间隙，便于燃料元件能够从环形间隙的各个位置滑落。
在上述实施例中，燃料元件通过进料装置4进入中心堆芯筒3顶部时，在堆芯导流件的引导下，因重力和离心力的作用流向堆芯球床的周边，堆芯导流件的锥面平整度保证燃料元件进入后在360°周边随机均匀分布，并且堆芯导流件与中心堆芯筒3内壁之间形成足够的环形间隙，确保燃料元件无阻挡下落，不会发生局部堵球现象，燃料元件在堆芯周边积累后依靠重力和反向作用力(原离心力造成的冲击)向堆芯中间滚动，最终使堆芯顶部处于图3中所示的相对展平状态。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，包括：
反应堆压力容器，所述反应堆压力容器中部设置有中心堆芯筒，所述中心堆芯筒的顶部中心处设置有进料装置；
堆芯导流件，所述堆芯导流件为锥形体结构，所述堆芯导流件位于所述进料装置的出料口正下方，所述锥形体的小头端锥部朝上设置，以使通过所述进料装置输出的燃料元件掉落至所述堆芯导流件的所述锥部顶端，然后沿着所述堆芯导流件的锥面滑落至所述中心堆芯筒中。
2.如权利要求1所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述锥形体结构为规则的圆锥体结构。
3.如权利要求2所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述圆锥体的锥面为光滑面。
4.如权利要求2或3所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述圆锥体的中心轴线的方向与所述圆锥体的重力方向一致。
5.如权利要求1所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述堆芯导流件为中部空心结构。
6.如权利要求4所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述圆锥体的大头端的端部边侧与所述中心堆芯筒的内壁之间设有环形间隙，以使所述燃料元件沿着所述圆锥体的锥面下落至所述大头端的端部边侧后从所述环形间隙处下落至所述中心堆芯筒中。
7.如权利要求1所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述堆芯导流件的底部周侧等角度设置多个连接杆，多个所述连接杆分别连接至所述中心堆芯筒内壁。
8.如权利要求1所述的一种模块式高温气冷堆堆顶燃料展平模型，其特征在于，所述堆芯导流件的锥面周侧等角度设置多个连接杆，多个所述连接杆分别连接至所述进料装置上。
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