CN1157989A - 用于压水堆增压装置的喷射装置 - Google Patents

Abstract

增压装置(21)包括一个具有下部和上部的压力容器，所述下部中设有许多电加热器(22)，所述上部中设有至少一个通过喷射管线(25)输水的喷射管(24，24a)。喷射装置包括至少一个蒸汽喷射器(26)，该喷射器具有一个与增压装置(21)的上部连接的高压入口(26a)，一个与输水装置连接的第二入口(26b)和一个与喷射管线(25)连接的出口(26c)。最好在蒸汽喷射器(26)的下游将启动装置(36)分支于输入管线(25)上。

Description

用于压水堆增压装置的喷射装置

本发明涉及一种用于压水堆增压装置的喷射装置。

压水堆通常包括一个设有核反应堆堆芯的容器，堆芯由核燃料组件构成，在核反应堆工作时，通过使一次冷却剂循环来对燃料组件进行冷却，冷却剂由与燃料组件相接触的压力水构成。

核反应堆的压力冷却水在所谓的一次冷却系统中循环，这种一次冷却系统包括若干与核反应堆容器内部容积相连的回路，并且在各个回路上均设有一个蒸汽发生器。

为了调整反应堆一次冷却系统中冷却水的压力，将一个称之为增压装置的装置通到一次冷却系统的一个回路的热支路上，也就是说通到一条将冷却水输送到蒸汽发生器中的管路上，冷却水由于与核反应堆堆芯的燃料组件相接触而变热。

增压装置包括一个基本上呈圆柱形的壳体，壳体垂直设置并且通过插入增压装置壳体下部的增压管与热支路相连。增压装置包括水，水的上面是温度和压力均与增压装置下部的水平衡的蒸汽。穿过增压装置壳体下部的电加热器包括加热元件，这些元件插在位于增压装置下部的水中。加热器以这样一种方式提高增压装置下部中水的温度，即使增压装置中的水和蒸汽之间的平衡压力等于一次冷却系统中所保持的压力。由于该压力大于在一次冷却系统的平均温度(315℃)下水和蒸汽的平衡压力，则一次冷却系统中的水在不饱和状态下足以防止任何沸腾的危险。通常，一次冷却系统中的压力保持在155bar左右。

考虑到安全，有必要防止一次冷却系统中的压力超过一定值。

为了限制通过增压管与核反应堆的一次冷却系统相连的增压装置中的压力，采用一个喷射装置，该装置包括至少一根插入增压装置上部蒸汽中的喷射管，该喷射管的端部上设有一个喷嘴。通过至少与一次冷却系统的一个冷支路连接的喷射管线，也就是说，通过一条将冷却水从蒸汽发生器出口反馈回核反应堆容器中的管将压力水送入喷射管。喷射管线包括一条或多条支路，这些支路分别在一次冷却泵的下游与一次冷却系统的一条回路的冷支路连接，冷却泵使一次冷却系统中的冷却水循环。一次冷却系统的泵压过高(10bar)会将水从冷支路喷入增压装置充满蒸汽的上部中。水通过喷嘴喷入增压装置的上部蒸发，这样在增压装置中产生的喷射水的蒸发热会降低增压装置的温度以及增压装置中的水和蒸汽之间的平衡压力。

通过喷射管线进入喷射管中的水量中一个或多个设在喷射管线上的阀来调节。

在反应堆正常工作的时候，由一次冷却泵产生喷射流，所述的泵由电机驱动。

即使在断电导致一次冷却泵停机的意外情况下，增压装置的喷射管线仍然有从核反应堆的化学和容积控制系统(RCV)来的水进入喷射管线，喷射管线中的水用于RCV系统的充液泵，该泵可以由应急柴油机供电。设置一条辅助喷射管线，该管线与增压装置的喷射管线和RCV系统连接；如果电系统不能为一次冷却泵供电则充液泵工作。这种装置可以在一次冷却泵没电的情况下工作，但是仍然需要采用电源。

另外，使用与RCV系统连接的管线及该系统的充液泵导致将温度远低于一次冷却系统中水的温度的水引入增压装置上部。事实上，RCV系统中的水温大约为20℃，这样在增压装置的喷射管线上出现大的热瞬变值，这是由于喷射管线位于温度大约为300℃的增压装置中的缘故。这种非常大的热瞬变值会导致喷射装置管网的破裂。

因此，本发明的目的在于提供一种用于压水堆的增压装置用的喷射装置，其中包括一个具有一个下部和一个上部的压力容器，所述的下部中设有若干电加热器；所述的上部中设有至少一根通过喷射管线供水的喷射管，该装置可以在没有任何电源的情况下工作并且可以防止喷射装置的管网中有大幅度的热冲击。

为此，根据本发明的装置包括至少一个蒸汽喷射器，该喷射器具有至少一个与增压装置上部连接的高压入口，一个与输水装置连接的第二入口和一个与喷射管线连接的出口。

为了更清楚地理解本发明，下面将结合附图以非限制性的例子描述根据本发明的喷射装置的实施例并与根据现有技术的喷射装置相比较。

图1为一种压水堆一次冷却系统的示意图，该反应堆包括一个根据现有技术的喷水装置；

图2为根据本发明的喷水装置的示意图。

图1以横剖面的方式表示了一种压水堆的容器1，高压水在该容器中循环用以冷却由核燃料组件构成的堆芯。

在若干蒸汽发生器中对核反应堆堆芯中变热的冷却水进行冷却，蒸汽发生器加热并蒸发输入其中的水。每一个核反应堆蒸汽发生器都设置在一条一次冷却发生器的环路上，该环路包括一条热支路，该支路将与核反应堆堆芯相接触而变热的水输送到蒸汽发生器；一条冷支路，该支路将在蒸汽发生器中冷却的水送回核反应堆堆芯压力容器中。

图1示意性地表示出一个核反应堆的一次冷却系统，其中包括四条回路，每一条回路均设有一台蒸汽发生器2a，2b，2c或2d。一次冷却系统的四条回路是一样的，所以下面仅描述其中包括蒸汽发生器2a的那一条。

蒸汽发生器回路包括一条热支路3a，该支路的一端与核反应堆压力容器的内容积相通并且位于冷却水离开核反应堆堆芯的通路所在的区域中；和一条冷支路4a，该支路与核反应堆堆芯压力容器1的内容积相连并且位于冷却水进入堆芯的入口附近的区域中。

冷却支路4a上设有一台一次冷却泵5a，该泵用于使冷却剂在一次冷却系统回路中循环。

核反应堆的一次冷却系统还包括一个增压装置6，该装置通常具有一个圆形壳体，利用一个与其轴线垂直的半球头将该壳体封闭。通过增压管路7将增压装置6与一次冷却系统中一条回路的热支路3a连接。

增压装置6壳体的底部上设有电加热器8，这些加热器浸入充满增压装置6下部的水9中。位于增压装置6中水9的液面之上的蒸汽11在温度和压力方面与水保持平衡，这样就可以通过调节增压装置6中的温度来调节增压装置中的水的压力。

可以利用电加热器8对增压装置中的水进行加热，并且可以利用由序号10表示的喷射装置使增压装置冷却。喷射装置包括一条喷射管12该管伸入位于增压装置6上部的蒸汽中且其头部设有一个喷嘴12a，该装置还包括一条由两条管路13a和13d组成的喷射管线，管路13a和13d分别在相应的冷却泵5a和5d的下游与一次冷却系统的第一回路的冷却支路4a和一次冷却系统的第二回路的冷却支路4d相连。在喷射管线的管路13a和13d与冷却支路4a和4d相对的端部上通过一个公共段使其与伸入增压装置6中的喷射管12相连。在喷射装置10的输入管线的各条管路13a和13d上设置控制阀14a和14d，用以控制喷射管12中的输入流速。通过一条管路15将喷射管线的公共段与RCV系统18的充液泵17相连，管路15上设有若干单向阀16。

在一次冷却泵5a和5d的供应中断所导致的不正常情况中，喷射装置10的输入管线就不能收到从冷却支路4a和4d来的一次冷却剂。

但是，由RCV系统18的充液泵17继续提供喷射功能，该泵在环境温度下通过阀16将水射入喷射管路中。将例如20℃室温的水引入喷射管路可能会产生很大的冷却冲击并引起喷射管路中的管网破裂。

此外，还必须通过接通柴油发电机来给充液泵17供电。因此，喷射系统仍然需要另外的动力源。

图2表示了根据本发明的、以标号20表示的喷射装置，该装置通过将水喷入压水堆的增压装置21中而提供冷却作用。增压装置21包括一个通常为圆柱形的壳体，由一个与其轴相垂直的半球型头部将该壳体封闭。

加热器22和增压管路23插入增压装置21壳体的底部，增压管路23与核反应堆一次冷却系统的热支路连接，其压力可以由增压装置21来调节。

增压装置21的喷射系统包括两个独立的喷射装置，这两个装置分别表示在图2的左右侧。设置在图2左侧的喷射装置由序号20表示，右侧的则由20’表示。

仅对装置20进行描述，装置20’与之相同。喷射装置20和20’的设置是重叠的，就喷射功能而言可以只设置一个。喷射装置20包括伸入增压装置21壳体上部的喷射管24，喷射管24在增压装置的壳体内部具有一个喷嘴24a。可以通过喷射管线25向喷射管24中输入包含水的液体，根据本发明的喷射管线25包括一个蒸汽喷射器26。

在普通形状的结构中，蒸汽喷射器26包括一根喷射导管，该导管具有一个入口、一个喉部和一个发散出口；喷射器导管的入口包括一个压力蒸汽入口和一个液体入口。蒸汽以及由蒸汽带入的液体混合在一起，并且通过喷射器导管流入喷射器导管的出口。

喷射器26包括一个高压蒸汽入口26a、一个入水口26b和一个蒸汽混合物出口26c，高压蒸汽入口26a通过蒸汽输入管28与增压装置21的压力容器上部相连，入水口26b通过一根输水管27与核反应堆一次冷却系统的冷支路相连，蒸汽-水混合物出口26c则与通至喷射管24的喷射管线25相连。喷射管线25包括一个单向阀29，一个截止阀30和一个三通控制阀31，三通控制阀的一个入口与喷射管线25相连，第一出口与喷射管24相连，第二出口与一根旁通管32相连，该旁通管与核反应堆一次冷却系统的热支路连接。

在蒸汽喷射器26的液体出口26c和单向阀29之间，通过一条设有截止阀34的分支管将喷射管线25的管与一个容器35相连，容器35的容积明显小于增压装置21的容积，该容积可能只有几立方米大小。通常为圆柱形的容器35的壳体的端部由一个半球型头部封闭。其上设有截止阀38的通风管37插入容器35的上部。在容器35的下部设有排气管，排气管上设有截止阀40。

在图2中没有表示将通风管37和排气管38与增压装置的卸载容器(PRT)相连的情况。

容器35、通风管37和排气管38以及分支管33组合在一起构成了用于启动喷射系统的装置，该装置总体上用标号36表示。

在核反应堆工作的时候，增压装置21的下部有水，在该下部中插有加热器22，在插有喷射管24的上部有蒸汽，喷射管的头部设有喷嘴24a，这些喷嘴设在增压装置的上半球型之下。

用加热器22和喷射管24，24a将增压装置中的水和蒸汽的温度保持在345℃左右。增压装置中的蒸汽和水的压力平衡与一次冷却系统中的平均压力相对应，该压力为155bar。

通过蒸汽喷射器26的蒸汽输入管28将从增压装置21的上部取出的压缩蒸汽传输到喷射器26的高压入口26a。流入喷射器26的导管中的压缩蒸汽在导管的第一部分中增速降压，这样便将从一次冷却系统的冷支路来的水在大约155bar的压力和293℃的条件下由喷射器从其第二入口26b处抽入。水和蒸汽在喷射器的导管中混合，尤其是在其喉部混合，然后，水和蒸汽的混合物穿过喷射器导管的发散部分流动。混合物在导管的发散部分减速并增压。

在与喷射装置20的输入管线25的入口相连的喷射器出口26c的位置，混合物的压力大于从增压装置21的上部取出的蒸汽的压力并且大于从一次冷却系统的冷支路取出的水的压力。通过喷射管线25将水汽混合物输送到喷射管24，混合物的压力基本上大于增压装置中的压力，从而可以通过喷嘴24a喷入增压装置中。通过喷射管线24喷射的混合物中的水在增压装置中蒸发，这样通过热量蒸发便将增压装置冷却到一定程度。水汽混合物的量，也就是通过喷射管线24，24a喷入增压装置的水量可以由三通阀31来控制。绝大部分从喷射器中出来的液体混合物，或甚至于其全部均可以通过管32分流入核反应堆一次冷却系统的热支路中。因此尽管喷射器26仍然在同样的条件下工作，可以简单地通过操纵三通阀来很容易地控制送入喷射管的液流。大约为293℃的由喷射器从一次冷却系统的热支路中取出的加压水处于一种未饱和状态，在一次冷却压力下其温度低于液汽平均温度，该平均温度是与增压装置中的压力相对应的。

承受155bar平均压力的整个一次冷却系统包含未饱和状态的水，水温为293℃的冷支路中的不饱和度大于水温为328℃的热支路中的不饱和度。

如上所述，在蒸汽喷射器以一种基本恒定的输出工作时，在离开喷射器的整个输出通过三通阀31直接进入喷射管中的时候，喷射装置就可以最高的效率工作。反之，喷射装置将以最低的效率工作，并且在输出部分或全部直接通过三通阀31进入一次冷却系统的热支路的时候喷射输出可能为零。

用作在蒸汽喷射器中驱动流体的蒸汽是饱和蒸汽，也就是说，是相对于液体蒸汽平衡曲线的压力和温度条件下的蒸汽；该温度和压力与增压装置中的温度和压力相对应，即分别大约为345℃和155bar。由于将饱和蒸汽用作喷射器的驱动液体并且使其与从冷支路来的一次冷却剂相混合，就比假如使用了过热的蒸汽的情况保持一种更大的一次冷却剂的不饱和度。但是，流入喷射管线中的一次冷却剂的不饱和度低于根据现有技术装置的情况，在现有技术中采用一次冷却泵将水从冷支路泵入喷射管线中。与现有技术装置中所用的输出相比较，这种不饱和度的损失必须由稍稍增加喷射的公称输出加以补偿。

由于采用了两个单独的喷射装置，每一个喷射装置包括一个蒸汽喷射器和一个三通控制阀，可以通过多余效应来改进喷射装置的操作安全性。

另外，使两个喷射装置各自工作不用外界运动力将流体喷入喷射管线中。

根据本发明的装置利用一次冷却泵来实现向喷射回路的完全的输送并且以安全的方式实现喷射功能。

但是，象现有技术中那样，也可以设置来自核反应堆化学和容积控制系统(RCV)的一个辅助喷射输出，这种系统例如可以在核反应堆的启动和关闭时(并且可以在一个差错以后的关闭步骤中)使用，以便冷凝增压装置中的残余蒸汽并保证增压装置进入单相状态。为此，设置一条附加管线41，该管线一方面与两个喷射装置20和20’的喷射管相连，另一方面以其另一端与RCV系统44的泵42相连，其两端之间插入单向阀43和43’。

应该指出的是，在核反应堆的启动和关闭过程中，增压装置的温度基本上低于一次冷却系统的工作温度，该温度最大大约为180℃。因此，为了在一种不正常的情况下(即一次冷却泵不能正常工作的情况下)将水喷入增压装置的喷射管中，由于将例如20℃室温下的水引入增压装置的喷射管线中所引起的热冲击大大小于以一种附加的方式使用RCV系统的情况。

如图2所示，根据本发明的各个喷射装置20和20’包括一个启动装置36，这种可以在核反应堆的一次冷却系统已经被加压并加温的时候使喷射器准备工作并启动。

在启动阶段，通过打开抽吸管39的阀40和通风管37的阀38并且将截止阀34关闭，就可以使各个启动装置的容器35与增压装置卸载容器连通。从增压装置卸载容器向各个启动装置36的容器35中充入低压氮气。抽吸管39的阀40和通风管37的阀38关闭。

对一次冷却系统和增压装置进行加热，截止阀34打开，通过管28从增压装置的上部将蒸汽流引入喷射器中。从冷支路中吸入水，从而通过喷射器26将水和蒸汽混合物引入喷射管线25的入口。但是，水和蒸汽的混合物的压力并不足以打开阀29，该阀是由增压装置中的背压关闭的。充填启动装置36的容器35将使得喷射器下游的压力增加，直至该压力超过增压装置21中的压力为止。然后，离开喷射器的混合物进入喷射管线25接着进入插入增压装置中的喷射管24中。然后，关闭用于使液体流入启动装置容器35中的阀34并通过打开阀38和40而使容器35与增压装置卸载容器连通。再使增压装置的喷射装置处于准备工作状态并开始工作，使启动装置再次处于下一个启动工序的等待状态。

因此，根据本发明的喷射装置可以在没有任何另外的运动力的情况下工作。

另外，喷射装置没有在使用中易损或易坏的转动部件或机械零件。因此，根据本发明的装置的工作非常可靠。这样，除去在核反应堆的启动和关闭过程中，使用一种多余喷射装置并且这种装置仅仅具有诸如喷射器这样的工作可靠性很高的零件，就可以避免在一个例如核反应堆化学和容积控制系统这样的系统的辅助喷射液体源。如上所述，在这些启动和关闭的过程中，一次冷却回路的温度远远低于在核反应堆的正常工作期间系统的温度，因而可以避免在喷射装置的管网中出现大的热冲击。

本发明并不局限于上述的实施例。

因此，可以不以上述的方式实现喷射装置和蒸汽喷射器的零件变化。

除了一次冷却系统的冷支路之外也可以例如利用一个含有高温高压水的容器将水送入喷射器中。

除了由于给喷射管线加压的容器之外也可以采用一种启动装置。

本发明可以用于任何压水堆，而不管构成一次冷却系统的回路的数目是多少。

Claims (10)

1.一种用于压水堆的增压装置(21)的喷射器，包括一个具有一个上部和一个下部的压力容器，在所述下部中设有许多电加热器(22)，在所述上部中至少设有一根喷射管(24)，通过喷射管线(25)将水送入喷射管(24)中，其特征在于，包括至少一个蒸汽喷射器(26)，该喷射器具有与增压装置(21)上部连接的高压入口(26a)，一个与水输入装置连接的第二入口(26b)，和一个与喷射管线(25)连接的输出口(26c)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，蒸汽喷射器(26)的第二入口(26b)的水输入装置包括一根与喷射器(26)的第二入口(26b)连接的输入管(27)并且通过核反应堆的一次冷却系统的冷支路被输入。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在喷射管线(25)上设置一个三通阀(31)，阀(31)的第一通道通过喷射管线(25)与蒸汽喷射器(26)的输出口(26c)相连，其第二通道与插入增压装置(21)上部的喷射管(24)相连，其第三通道通过分支管(32)与核反应堆的初级冷却系统的热支路连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在喷射器的输出口(26c)和喷射管(24)之间的喷射管线(25)上设置一个单向阀(29)，通过喷射器(26)的输出口(26c)和单向阀(29)之间的分支管(33)和截止阀(34)将喷射管线(25)与喷射装置(20)的启动装置(36)的容器(35)相连。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，容器(35)在其上部通过通风管(37)、在其下部通过抽吸管(39)与一个抽液充气容器相连。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，抽液充气容器由核反应堆的增压装置卸载容器构成。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，在启动装置(36)的容器(35)和抽液充气容器之间，将第一截止阀(38)设置于通风管(37)上，第二截止阀(40)设在抽吸管(39)上。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过分支管线(41)和至少一个单向阀(43，43’)使喷射装置(20)的喷射管线(25)与辅助输水装置(42，44)相连。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，辅助输水装置(42，44)由核反应堆化学和容积控制系统(44)以及至少该系统(44)的一个充液泵(42)组成。

10.如权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，包括两个提供富裕度的系统(20，20’)，每一个系统包括位于增压装置(21)中的喷射管(24)，一条用于喷射管(24)的输入管线(25)和一个具有与喷射管线(25)相连的出口(26c)的蒸汽喷射器(26)。

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