CN115410728A - 一种全自然循环反应堆本体系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自然循环反应堆本体系统，解决了现有技术中控制棒驱动机构线圈外围需设计换热器进行冷却，堆顶散热损失大，结构设计复杂，整体高度较高的问题，具体方案如下：一种全自然循环反应堆本体系统，包括反应堆压力容器和堆内构件，在容器内下部区域设置燃料组件，控制棒驱动机构设于容器内上部区域的上部支撑组件内，上部支撑组件周侧设置一二回路换热组件，一二回路换热组件主体包括导流筒组件，导流筒上下端开口，导流筒壁为密封结构以分割冷热流体的流动路径；容器内的一回路冷却剂沿容器内壁进入燃料组件换热后向上流动，从上部支撑组件顶部穿过并流经一二回路换热组件冷却后继续向下流动，通过一回路冷却剂的密度差实现全自然循环。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，尤其是一种全自然循环反应堆本体系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
商用压水核电站，普遍采用主管道将反应堆压力容器和蒸汽发生器连接起来，同时设置主泵设备用于冷却剂的强迫循环，无法彻底消除大破口失水事故，例如30万、CAP1000/CAP1400、华龙一号等系列核电站。世界各国在核反应堆设计中进行了大量探索和试验研究，提出了多种一体化的反应堆型，具有代表性的有中国的ACP100反应堆、美国的Nuscale反应堆。
中国ACP100堆本体结构可参考专利CN201210189540-模块式压水堆，采用部分一体化的强迫循环反应堆。控制棒驱动机构外置于反应堆压力容器顶盖之上，反应堆压力容器外接4个接管连接4台立式屏蔽电机泵。屏蔽电机泵作为反应堆的能动部件，设备设计要求高，工作环境恶劣，维修更换十分不便。ACP100堆本体结构无法实现全自然循环和彻底消除大破口失水事故。
美国Nuscale采用一体化全自然循环反应堆。稳压器、一二回路换热组件均内置于反应堆压力容器，控制棒驱动机构外置于反应堆压力容器顶盖之上。反应堆压力容器顶盖贯穿件包括有CRDM电缆接管等各类接管，由于空间限制和在役检查的需求，顶盖结构十分复杂。例如专利CN201810460631介绍了一种全自然循环的模块式小型反应堆，控制棒驱动机构也是外置于反应堆压力容器顶盖之上。反应堆压力容器内置于小型安全壳之中，采用抽真空的方式进行绝热保温，控制棒驱动机构线圈外围需设计换热器进行冷却，堆顶散热损失大，结构设计复杂，维修装拆十分不便。同时，控制棒驱动机构外置进一步增加了反应堆本体的高度，不利于堆本体支撑的设计。
综上，控制棒驱动机构外置于反应堆压力容器顶盖之上增大了堆本体结构的空间占用面积，反应堆压力容器的外部接口结构设计复杂，容易发生弹棒事故，整体的结构布置灵活性差，安全性能差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种全自然循环反应堆本体系统，解决现有技术中控制棒驱动机构外置于反应堆压力容器顶盖之上增大了堆本体结构的空间占用面积，反应堆压力容器的外部接口结构设计复杂，容易发生弹棒事故，整体的结构布置灵活性差，安全性能差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种全自然循环反应堆本体系统，包括反应堆压力容器和堆内构件，在容器内下部区域设置燃料组件，控制棒驱动机构设于容器内上部区域的上部支撑组件内，上部支撑组件周侧设置一二回路换热组件，一二回路换热组件主体包括导流筒组件，导流筒上下端开口，导流筒壁为密封结构以分割冷热流体的流动路径；
容器内工作状态下的一回路冷却剂沿容器内壁进入燃料组件换热后向上流动，从上部支撑组件顶部穿过并流经一二回路换热组件冷却后继续向下流动，通过一回路冷却剂的密度差实现全自然循环。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述堆内构件包括设于上部支撑组件顶部的驱动机构支撑板和上部支撑组件内的驱动机构定位板，驱动机构支撑板用于固定控制棒驱动机构本体，驱动机构定位板与控制棒驱动机构底部的定位销插接固定，上部支撑组件的筒体上设置一回路冷却剂流出的流水孔。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，反应堆压力容器内部设置内侧支撑板，内侧支撑板上设置开孔，所述导流筒组件通过底部设置支撑裙座，内侧支撑板顶部与支撑裙座固定设置。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述燃料组件的上方设置堆芯测量格架组件，堆芯测量格架组件位于控制棒驱动机构下方，堆芯测量格架组件上设有能同外部提升吊具连接的提升柱。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述堆芯测量格架组件下方设置吊篮筒体组件，吊篮筒体组件下方设置堆芯围筒组件，所述燃料组件设于堆芯围筒组件内部，堆芯围筒组件内部还设置控制棒组件，堆芯围筒组件上设有贯穿的流水孔，吊篮筒体组件通过内侧支撑板固定支撑。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述控制棒驱动机构靠近顶部设有电缆引线，电缆引线下方为线圈部位，线圈部位位于上部支撑组件内并浸泡在一回路冷却剂中。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述电缆引线贯穿反应堆压力容器顶盖后连接后端电缆，电缆引线与反应堆压力容器顶盖之间设置密封卡套。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述反应堆压力容器设置一圈一体化管板，一体化管板内侧面设置凹槽，所述一二回路换热组件包括传热管，传热管横向固定于所述导流筒组件与一体化管板的凹槽之间，导流筒组件顶部横向固定换热组件径向支撑，换热组件径向支撑另一端与容器内壁固定连接。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，反应堆压力容器顶盖上设置热启动加热接管，热启动加热接管贯穿反应堆压力容器顶盖与内部的热启动管道连接。
如上所述的一种全自然循环反应堆本体系统，所述反应堆压力容器顶盖上设置堆测接管，堆内核测仪表通过穿过堆测接管并通过堆内构件的堆内测量仪表通道插入至燃料组件中。
上述本发明的有益效果如下：
1.本发明通过将控制棒驱动结构和一二回路换热组件内置于反应堆压力容器，取消了主泵、主管道和控制棒驱动机构接管，进一步降低了堆本体结构的空间占用需求，简化了反应堆压力容器的外部接口结构，通过设置导流筒组件和一回路冷却剂的密度差实现全自然循环，堆顶无效散热损失小。
2.控制棒驱动机构内置于反应堆压力容器，彻底消除了弹棒事故，具有更高的安全性，堆本体结构的重心下移，有利于反应堆压力容器的支撑设计。
3.堆顶仅需提供控制棒驱动机构电缆引线的支撑，无需承载控制棒驱动机构自身的机械载荷，堆顶结构设计进一步简化。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中一种全自然循环反应堆本体系统的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中反应堆本体系统内的控制棒驱动机构的结构示意图。
图3是图2中A部分结构示意图。
图4是图2中B部分结构示意图。
图5是本发明实施例中一二回路换热组件的结构示意图。
图6是图5中A部分结构示意图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
其中：1.反应堆压力容器，2.堆内构件，3.控制棒驱动机构，4.一二回路换热组件，5.一体化管板，6.热启动管道，7.堆芯测量仪表通道，8.内侧支撑板，9.燃料组件，10.控制棒组件，11.堆芯围筒组件，12.吊篮筒体，13.堆芯测量格架组件，14.驱动机构定位板，15.上部支撑组件，16.换热组件径向支撑，17.驱动机构支撑板，18.CRDM电缆接管，19.堆内核测仪表，20.堆测接管，21.热启动加热接管，22.电缆引线，23.密封卡套，24.支撑螺钉，25.线圈，26.定位销，27.芯杆，28.传热管，29.导流筒组件，30.支撑裙座。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所介绍的，现有技术中控制棒驱动机构外置于反应堆压力容器顶盖之上增大了堆本体结构的空间占用面积，反应堆压力容器的外部接口结构设计复杂，容易发生弹棒事故，整体的结构布置灵活性差，安全性能差的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种全自然循环反应堆本体系统。
实施例
本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图6所示，一种全自然循环反应堆本体系统，包括反应堆压力容器1和反应堆压力容器1内的堆内构件2，堆内构件2包括驱动机构支撑板17、驱动机构定位板14、热启动管道6、堆芯测量仪表通道7、上部支撑组件15、吊篮筒体12、堆芯测量格架组件13、堆芯围筒组件11等。
具体的，在容器内下部区域设置燃料组件9，容器内靠近上部区域设置上部支撑组件15，上部支撑组件15为筒状结构，上部支撑组件15的顶部设置驱动机构支撑板17，其内部设置驱动机构定位板14，控制棒驱动机构3设置在上部支撑组件15内。
如图2-图4所示，控制棒驱动机构3靠近顶部设有电缆引线22，电缆引线22向上贯穿反应堆压力容器1顶盖后与CRDM接管18连接，电缆引线22与容器顶盖之间设置密封卡套23实现密封，控制棒驱动机构3本体部分内置于反应堆压力容器1内部，控制棒驱动机构3本体周侧上设有支撑螺钉24，通过支撑螺钉24与驱动机构支撑板17固定连接，控制棒驱动机构3本体上支撑螺钉24的下方为线圈25，线圈25位于上部支撑组件15的筒体内，线圈25下方设置定位销26，控制棒驱动机构3通过定位销26与驱动机构定位板14固定连接。
通过支撑螺钉24与驱动机构支撑板17进行固定，定位销26与驱动机构定位板14进行固定，实现了控制棒驱动机构3的线圈25部位位于筒状上部支撑组件15内。驱动机构支撑板17的周侧与容器内壁固定连接。
控制棒驱动机构3的定位销底部为芯杆27，芯杆27贯穿驱动机构定位板14并向下延伸。
本实施例的控制棒驱动机构3设于容器内燃料组件9的上部区域的上部支撑组件内，电缆引线22位于驱动机构支撑板17的上方，上部支撑组件15周侧设置一二回路换热组件4，一二回路换热组件4主体包括导流筒组件29，上部支撑组件顶部高于导流筒组件29，导流筒组件29为筒状结构，其套设于上部支撑组件外侧，导流筒组件29上下端开口，用于一回路冷却剂流经，导流筒壁为密封结构，从而用于分割一回路冷热流体。可以理解的是，上部支撑组件的筒体上也设置供一回路冷却剂流出的流水孔。
在反应堆压力容器1的底部区域，燃料组件9设于堆芯围筒组件11内部，堆芯围筒组件11为一圆筒状结构，其筒体上也设有贯穿的流水孔，用于供一回路冷却剂经过，堆芯围筒组件11顶部与吊篮筒体12连通，吊篮筒体12顶部与上部支撑组件15的底部连通，吊篮筒体12套设于上部支撑组件外侧。
燃料组件9的上方设置堆芯测量格架组件13，堆芯测量格架组件13在上部支撑组件中位于控制棒驱动机构3下方，位于吊篮筒体12的顶部，堆芯测量格架组件13上设有能同外部提升吊具连接的提升柱。堆芯测量格架组件13为一格架结构，用于设置堆内测量仪表通道7。
如图1和图5所示，反应堆压力容器1内部设置内侧支撑板8，内侧支撑板8通过肋板焊接固定在反应堆压力容器1筒壁内侧，内侧支撑板8上设置开孔，用于一回路冷却剂通过，内侧支撑板8为一环状结构，内侧支撑板8固定在容器内壁上，并且位于吊篮筒体12顶部周侧。导流筒组件29的主体为导流筒，其底部设置支撑裙座30，导流筒通过支撑裙座30和固定螺栓与内侧支撑板连接并实现密封。内侧支撑板8具有支撑导流筒组件29的作用，同样的，上部支撑组件15和吊篮筒体12也支撑在内侧支撑板8上，内侧支撑板8对二者具有限制作用。
所述导流筒组件29通过底部设置支撑裙座30，内侧支撑板8顶部与支撑裙座固定设置。
所述堆芯围筒组件11内部还设置控制棒组件10，控制棒组件10的顶部与控制棒驱动机构底部的芯杆27固定连接，控制棒组件10在落棒状态下位于燃料组件内。
反应堆压力容器1内部容纳有一回路冷却剂，线圈25部位位于上部支撑组件15内并浸泡在一回路冷却剂中。冷却剂在容器内为循环流动状态。
如图1和图5、图6所示，反应堆压力容器1靠近顶部设置一圈一体化管板5，一体化管板5的高度与导流筒组件29顶部的高度相同，一体化管板5内侧面设置凹槽，所述一二回路换热组件4还包括传热管28，传热管横向固定于所述导流筒组件与一体化管板5的凹槽之间，用于传热。一体化管板5外端面同一二回路换热组件4传热管28焊接密封。
导流筒组件29顶部通过销轴横向固定换热组件径向支撑16一端，连接处设有竖向的腰形孔结构，换热组件径向支撑16另一端与容器内壁固定连接。换热组件径向支撑16可以对导流筒组件29的顶部进行固定，保证导流筒的竖直状态。
反应堆压力容器1顶盖上还设置热启动加热接管21，热启动加热接管21贯穿反应堆压力容器顶盖后与内部的热启动管道6连接，热启动管道位于上部支撑组件内。反应堆压力容器1顶盖上还设置堆测接管20，堆内核测仪表19通过穿过堆测接管20并通过堆内构件的堆内测量仪表通道7插入至燃料组件中。堆内核测仪表19贯穿堆内构件2的整个高度。
容器内的一回路冷却剂经导流筒组件29向下流动，沿反应堆压力容器1内壁与吊篮筒体组件12之间的环腔向下进入燃料组件9的下部区域，接着冷却剂改变流动方向，流经燃料组件9并带走热量后继续向上流动，穿过上部支撑组件15后沿着外侧区域向上流动，最后冷却剂向下流经一二回路换热组件4冷却后继续向下流动，通过一回路冷却剂的密度差实现全自然循环。
本实施例采用了内置控制棒驱动机构和内置一二回路换热组件的堆本体结构，取消了主泵、主管道和控制棒驱动机构接管，进一步降低了堆本体结构的空间占用需求，简化了反应堆压力容器的外部接口结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，包括反应堆压力容器和堆内构件，在容器内下部区域设置燃料组件，控制棒驱动机构设于容器内上部区域的上部支撑组件内，上部支撑组件周侧设置一二回路换热组件，一二回路换热组件主体包括导流筒组件，导流筒上下端开口，导流筒壁为密封结构以分割冷热流体的流动路径；
容器内工作状态下的一回路冷却剂沿容器内壁进入燃料组件换热后向上流动，从上部支撑组件顶部穿过并流经一二回路换热组件冷却后继续向下流动，通过一回路冷却剂的密度差实现全自然循环。
2.根据权利要求1所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述堆内构件包括设于上部支撑组件顶部的驱动机构支撑板和上部支撑组件内的驱动机构定位板，驱动机构支撑板用于固定控制棒驱动机构本体，驱动机构定位板与控制棒驱动机构底部的定位销插接固定，上部支撑组件的筒体上设置一回路冷却剂流出的流水孔。
3.根据权利要求2所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，反应堆压力容器内部设置内侧支撑板，内侧支撑板上设置开孔，所述导流筒组件底部设置支撑裙座，内侧支撑板顶部与支撑裙座固定设置。
4.根据权利要求3所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述燃料组件的上方设置堆芯测量格架组件，堆芯测量格架组件位于控制棒驱动机构下方，堆芯测量格架组件上设有能同外部提升吊具连接的提升柱。
5.根据权利要求4所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述堆芯测量格架组件下方设置吊篮筒体组件，吊篮筒体组件下方设置堆芯围筒组件，所述燃料组件设于堆芯围筒组件内部，堆芯围筒组件内部还设置控制棒组件，堆芯围筒组件上设有贯穿的流水孔，吊篮筒体组件通过内侧支撑板固定支撑。
6.根据权利要求1所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述控制棒驱动机构靠近顶部设有电缆引线，电缆引线下方为线圈部位，线圈部位位于上部支撑组件内并浸泡在一回路冷却剂中。
7.根据权利要求6所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述电缆引线贯穿反应堆压力容器顶盖后连接后端电缆，电缆引线与反应堆压力容器顶盖之间设置密封卡套。
8.根据权利要求1所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述反应堆压力容器设置一圈一体化管板，一体化管板内侧面设置凹槽，所述一二回路换热组件包括传热管，传热管横向固定于所述导流筒组件与一体化管板的凹槽之间，导流筒组件顶部横向固定换热组件径向支撑，换热组件径向支撑另一端与容器内壁固定连接。
9.根据权利要求7所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，反应堆压力容器顶盖上设置热启动加热接管，热启动加热接管贯穿反应堆压力容器顶盖与内部的热启动管道连接。
10.根据权利要求7所述的一种全自然循环反应堆本体系统，其特征在于，所述反应堆压力容器顶盖上设置堆测接管，堆内核测仪表通过穿过堆测接管并通过堆内构件的堆内测量仪表通道插入至燃料组件中。
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