CN1163910C - 装有冷却剂流动稳定构件的核反应器的内部结构 - Google Patents

Abstract

在核反应器的上增压室内，部分加热的冷却剂从芯管(30)的中部径向流向出口(12)，沿芯管(30)的内壁在芯子外围外侧延伸的上芯板(21)的区域流动，部分冷却剂在出口(12)的下方流动，因此在相反方向加热的冷却剂会相互碰撞，使流动方向改变，由于碰撞使冷却剂的向上流动变得复杂而不稳定，从而使测量连到出口(12)的输出管(42)内的冷却剂温度发生困难。在燃料区上方限定的上增压室(40)内，在燃烧区外侧区域的芯管(30)附近安装了低于出口(12)的短的流动稳定构件(1)，从而稳定冷却剂流。

Description

装有冷却剂流动稳定构件的核反应器的内部结构

技术领域

本发明通常关于构成部分内部结构的内部结构件的形状和位置，该内部结构件安置在加压水反应器内，在反应器内在加热构件和冷却剂之间发生热交换。本发明尤其是关于一种冷却剂流动稳定构件的形状和位置，该构件安置在上增压室内的出口附近，用以稳定靠近出口的区域内的冷却剂流。

背景技术

在发电厂的加压水反应器中，用作冷却剂的轻水送到反应器芯，由核裂变产生的热加热到高温。加热后的轻水送出并供到蒸汽发生器以产生蒸汽，然后将蒸汽送到与芯子冷却系统分开的蒸汽系统中，用以驱动蒸汽涡轮转动，发电机的转子连到涡轮上，从而发出电能。

为了更好地理解本发明，下面将回顾一下背景技术。图8表示典型的核反应器的加压水反应器的内部结构。参见附图，容纳在核反应罐10内的是反应器芯内部零件、核燃料组件、控制杆、控制杆组导向管、支撑构件等。概略地说，核反应器罐10作为一个整体具有反应器冷却剂的入口11和出口12，冷却剂是轻水，芯管30垂直悬挂在核反应器罐10内。入口11和出口12的数量分别对应于冷却剂循环环路的数量，因此它取决于反应器的输出功率比。一般情况下出口12和入口11的数量范围为每个反应器2～4个。

例如，在一个具有大的发电能力的工厂中，考虑到泵和冷却系统中所用蒸汽发生器的能力、以及安装罐内位置的限制，通常具有多个冷却剂循环环路。换言之，所安装的冷却剂循环环路数量的确定取决于输出功率。由于具有大输出功率的反应器的电厂装有四个冷却剂循环环路，因此出口12和入口11的数量也分别为4个。入口11和出口12以反应罐内周方向确定的间隔安装在核反应罐中。另外，一个下芯支撑板32和一个下芯板31水平地分别安置在芯管30的下部，在下芯支撑板32的下方限定了一个底或下增压室41。

安装在下芯板31上的最大量的负载燃料组件33，它们安装成相互邻近，从而构成反应器芯。放置在燃料组件33上方的是上芯板21，它由上芯支撑板20通过上芯支撑柱23来支撑。燃料组件33由上芯板21向下压，从而可防止由于流动的冷却剂所加的浮力干扰而向上移动。若干控制杆组导向管22其下端通过支撑销或类似件(未示出)支撑在上芯板21的上表面上。控制杆组导向管22向上延伸穿过并超出上芯支撑板20。通过从反应器芯缩回控制杆组(也未示出)、穿过控制杆组导向管22的介质，或将控制杆组插入反应器芯的燃料组33中、穿过控制杆组导向管22，就可调节反应器芯的热输出。

为了确保结构的高强度或坚固性，上芯板21和上芯支撑板20由上芯支撑柱23互相连接在一起。另外，穿过上芯支撑板20伸展的控制杆组导向管22牢固地固定到上芯支撑板20上。因此，控制杆组导向管22受到保护，使它不会在横向移位。如上所述，限定在上芯板21和上芯支撑板20之间的是上增压室40。

下面将描述核反应罐10的上述结构中用作冷却剂的轻水流的情况。参见图8，低温轻水由进口11送到核反应罐10，其流动方向如图8箭头所示。通过进口11送到核反应罐10的轻水首先向下流过限定在芯管30的外表面和核反应罐10内壁之间的环形空间，然后在下增压室41内受迫向上，在通过下芯支撑板32和下芯板31后流入反应器芯。在反应器芯内，轻水基本平行地向上流动。在流过反应器芯期间，燃料组件中的燃料杆产生的热由轻水吸收，导致其温度升高。在通过上芯板21以后，轻水的流动方向变成水平或横向。最后轻水通过出口12离开核反应罐10、通过出口管42供给蒸汽发电机(未示出)。

在上芯板21上方限定的上增压室40内，轻水从芯子中心部分径向向外流动，流到芯管的内壁，在内壁处，轻水在芯子的外周边周围的空间中沿芯管30的内壁流向出口12。一部分轻水沿芯管30的内壁在一个方向上流动，另一部分轻水则在与前一方向相反的方向上沿芯管30的内壁流动。因此，在位于上述增压室内靠近出口12但在出口12的下方，在相对方向流动的轻水之间会发生碰撞。碰撞以后，轻水的流动方向将会改变，从而向上流向出口12。在此情况下，出口12附近的空间中的轻水会由于上述碰撞及出现如涡旋或旋转的涡流而不稳定。

另外，上面提到的四环路反应器装置的核反应器罐10的结构做成两个出口12相互相邻放置，这样做是为了实现主冷却剂环路的结构和减少反应器包容罐的尺寸，参见附图9和10。因此，一些沿芯管30的内壁流动的轻水倾向于在出口12的口子下方横向流动，它们将与相邻出口12之间的区域内的冷却剂流碰撞。碰撞后的轻水被迫改变其流动方向，从而向上流动。然而由于如涡旋或旋转的涡流的出现和两个环路之间流动速度的差异，轻水几乎不能均匀地分别流过相邻两个环路。因此，在出口12附近将不可避免地出现不稳定的水滞流区。结果使流入出口12的轻水的情况变得复杂而不稳定。

还应指出的是，在燃料区的温度分布的干扰下，在上增压室40内的分层水流分布形成较高温的冷却剂在上层流动，而较低温的冷却剂则在下层流动。换言之，在上增压室40内会产生不同温度的垂直方向上分层的冷却剂流。在此情况下，沿芯管内壁流在上芯板21上表面上或其附近的冷却剂的温度较低。

鉴于上述理由，较低温度的不稳定的冷却剂流将使流过连到出口12上的输出管42的冷却剂流的温度产生波动或变化。这很可能成为测量核反应器中通过连到出口12的输出管42的冷却剂温度的一大障碍。

发明内容

鉴于上述先有技术状态，本发明的目的在于提供一种安置在核反应器内的内部结构，该结构包括一个内部结构构件，它的形状和位置做成能稳定靠近出口附近的冷却剂流，从而消除在测量通过输出管流动的冷却剂的温度时产生的困难。

鉴于上述和其它目的，这些目的通过本说明书将会很清楚。本发明导致一个核反应器的内部结构，该结构包括一个限定在燃料区上方的上增压室，加热后的冷却剂流过增压室，该增压室与核反应器罐侧壁上的若干出口以水压方式相连通。

按照本发明的一个总的方面，建议一种上述核反应器的内部结构，至少一个低于出口的短的流动稳定构件安置在芯管附近的燃料区外侧的区域中。

通过上述布局，在上增压室内，在低于出口的高度、上芯管附近流动的加热的冷却剂流将由短的流动稳定构件顺利地向上引导，不会产生碰撞。因此，可以避免出口附近的不稳定的冷却剂流，因而也可抑制流过连到出口的输出管中的加热的冷却剂的温度波动，从而能进行上述平均温度的测量，并具有增强的稳定性和可靠性。另外，由于短的流动稳定构件低于出口，可以减小作用在流动稳定构件上的动态载荷，因此可保证得到一种良好的反应器内部结构。

在实施本发明的一个优选实施例中，短的流动稳定构件可安置在出口的口子附近，使它的顶端位于出口口子的下方。通过这样布局，在上增压室内较低高度上的芯管附近流动的加热的冷却剂流由短的流动稳定构件引导，从其下侧流向出口，从而能进一步地稳定进入出口的加热的冷却剂流。

在实施本发明的另一优选实施例中，短的流动稳定构件可直接安置在出口口子中部的下方。采用这样的布局，在上增压室内在较低高度上的芯管附近流动的加热的冷却剂能被引导成在没有碰撞的情况下从短的流动稳定构件的两侧均匀地进入出口。这样可以进一步地稳定加热的冷却剂流。

另外，本发明的教导也同样能用到四环路装置的核反应器上。在此情况下，短的流动稳定构件可安置在两个相邻出口之间的大致中部的位置。采用这样的布局，短的流动稳定构件安置在四环路装置的反应器的相邻出口之间，能防止在上增压室内芯管附近的较低的高度上流动的加热的冷却剂流的碰撞，这样能在具有增强的稳定性的情况下使冷却剂流入每个环路的出口中。

另外，应该附加的是该流动稳定构件的长度最好选成在安装以后，它的顶端位于一个高度上，该高度区域是从上芯板上表面和出口的口子的最低部分之间的中部位置到低于出口的最低部分的位置。采用上述尺寸，基本不可能阻挡流向出口的加热的冷却剂。另外，也可减小作用在短的流动稳定构件上的动态力，因此可确保得到一个优良的内部结构。由于流动稳定构件的长度较短，对其安装也很有利。因此该短的流动稳定构件可用于现有的核反应器上。

附图说明

通过阅读下面参照附图、以示例形式对优选实施例的描述，可以更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和附加的优点。

在下面参照附图的描述中：

图1是一个垂直剖视图，它概略示出本发明第一实施例加压水反应器的基本部分，其中删掉了一些零件，

图2是一个概略的顶部平面视图，它示出四环路设备的核反应器的基本部分的一半，其中装有本发明第二个实施例的短的流动稳定构件，

图3是一个透视图，它示出核反应罐的一个区域，在罐中本发明第二个实施例的短的流动稳定构件安装在出口附近，

图4是一个概略的顶视图，它示出半个核反应器，表示本发明第二个实施例四环路设备中上增压室内内部结构件的位置和出口附近的冷却剂的流动情况，

图5是一个侧视图，用以说明本发明第二个实施例的反应器中出口附近冷却剂流的情况，

图6是一个顶视图，它示出本发明第三个实施例的三环路设备的核反应器的基本部分，其中删掉部分零件，

图7是一个透视图，它示出本发明第三个实施例的核反应器中出口附近的区域，

图8是一个垂直剖视图，它示出典型的一般加压水反应器的基本部分，

图9是一个顶部平面视图，它示出半个核反应器。上增压室内内部结构构件的安置，以及在现有的四环路加压水反应器中出口附近冷却剂的流动情况，和

图10是一个侧视图，用以说明在传统的四环路加压水反应器的出口附近的冷却剂流的情况。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述目前认为是优选的或典型的本发明的实施例。在以下的描述中，同样的参照数字表示整个示图中相同或相应的部件。在以下的描述中，术语“右”、“左”、“上”、“下”及类似术语仅是为方便而采用的词汇，而并不作为限定性术语。

实施例1

图1是一个剖面视图，概略表示装有本发明第一个实施例的流动稳定构件的加压水反应器的结构。在该图中，删掉了一些零件。首先应说明的是，在现在考虑的加压水反应器中，大部分反应器的内部结构或内部构件基本与上述传统的核反应器相同。因此不必进行重复描述。本发明实施例的加压水反应器与传统的不同之处在于：一个用作流动稳定构件的短构件1安装在上增压室40内的沿芯管30的内壁的燃料区伸展外侧的外部区域中，其位置低于出口12。这里术语“燃料区伸展外侧的外部区域”指的是燃料组件区33(图2中双点划线示出)的伸展外侧的上芯板21上表面上的区域，它位于与芯区相对应的外围的上增压室内。另外，术语“其位置低于出口12”指的是在上增压室40内处于安装状态的流动稳定构件1的顶端低于出口12的口子的最下部分。

实施例2

下面参见图2和3，将描述本发明的第二个实施例。本发明将导致四环路装置的核反应器，其中本发明的短构件1用作流动稳定构件。图2是一个顶部平面视图，它示出半个核反应器的基本部分，图3是一个透视图，它示出短构件安装的靠近出口的一个区域。正如图中看到的，用作流动稳定构件的短构件1分别安置在燃料区伸展外侧的外部区域、靠近芯管30内壁处。该短构件1尤其安装在上增压室40内的上芯板21上，位于燃料组件区33(双点划线示出)的延伸区内靠近芯管30的内壁30a的位置上。然而，应该看到，在实际应用中，考虑到短构件1的热膨胀，它被装在离芯管30内壁30a有一段距离的地方。另外，短构件1安装成使它的顶端低于出口12的冷却剂出  12a的最低部分。这样布置有效地稳定了上增压室内出口12的口子12a下方区域的冷却剂流，还可有效地减小作用在短构件1上的动态载荷。

流动稳定构件1的长度选成在它安装在上芯板21上时，其顶端安置成低于出口12的口子12a的最低部分。最好使流动安装构件1的尺寸做成落在从上芯板21的上表面和出口12的口子12a的最低部分之间的中部位置、到低于出口12a的最低部分的一个位置的区域内。如果流动稳定构件1的顶端放置成高于出口12的口子12a的最低部分，在上增压室40内从反应器芯的中部流向出口12的冷却剂的流动阻力将增大，并将增大作用在短构件1上的动态载荷，同时对反应器内部的机械和结构强度也具有很大的负面影响。另一方面，如果短构件1的长度太短，又难于稳定沿芯管30的内壁30a流动的冷却剂流。为此，流动稳定构件1的尺寸应做成使其长度落在上面限定的范围内。另外可通过一个支架2来安装流动稳定构件1，用螺钉3之类的构件将支架固定到上芯板21上的流动稳定构件1上。该流动稳定构件由于其长度短、加上易于安装在上芯板21上，因此能有助于将它安装在现有的设备中。

下面参照图4和5来描述短构件1以上述方式安装在上增压室中时、出口12附近产生的冷却剂流动情况。图4是半个核反应器的顶部平面视图，它示出上增压室40内内部结构构件的位置和出口12附近的冷却剂流的情况。图5是一个侧视图，它示出出口12附近的冷却剂的流动情况。正如图中看到的，冷却剂沿上芯板21的上表面从芯子的中心区流到芯管30的内壁30a、再沿芯子外围的区域外侧的芯管30的内壁30a迅速流向出口12。此时沿芯管30的内壁30a流动的部分冷却剂或轻水在出口12的下方流动。因此，用作流动稳定构件的短构件1不象传统的反应器那样安置使以相反方向流动的冷却剂流在相邻的出口12之间的一个区域中相互碰撞。

而通过将本发明实施例的短的流动稳定构件如上所述安置成低于出口12，沿内壁30a的冷却剂流F能够在流动稳定构件1的引导作用下顺利地流入出口12的口子12a，如图5所示。另外，在流动稳定构件1之间出现的滞流区S减小，滞流区S内的冷却剂在两个流动稳定构件1所加的限流作用下，被迫向上顺利地流入出口12的口子12a中。因此能稳定进入出口12的冷却剂流，结果能有效地抑制流过连到出口12上的输出管42的冷却剂的温度波动。另外，在验证试验模拟出口12和上增压室40的流动情况时，测试连到出口12的输出管42内的温度变化或波动标明，装有流动稳定构件1的反应器的输出管42内的温度波动能比不采用稳定构件1的结构约减小一半。

另外，本发明实施例的流动稳定构件1采用中空的圆筒形状，亦即该中空圆筒形流动稳定构件可做到重量轻、成本低。然而，本发明不局限于这种形状的流动稳定构件，只要能如上所述能够稳定沿芯管30内壁30a的冷却剂流下，可采用不同结构的流动稳定构件，如实心圆柱结构、板式结构、棱柱结构等。

实施例3

本发明的第三个实施例可导致使流动稳定构件用于2或3环路装置的核反应器上。首先应该注意的是本发明实施例的流动稳定构件的放置完全能用于上述四环路反应器装置中。图6是一个顶部平面视图，它示出三环路核反应器的基本部分，其中删掉了一些零件，图7是一个透视图，它示出上增压室靠近出口12的一个区域。这里应说明的是流动稳定构件1的形状和长度基本与上述的相同，因此将不必进行重复的描述。本发明的第三个实施例与前面实施例的不同之处在于出口12不是相互相邻安置的。本发明第三个实施例的流动稳定构件1直接安置在出口12的口子12a中部的下方，靠近芯管30的内壁30a。正如前面所述，将流动稳定构件放置在靠近芯管30的内壁30a能非常有效地减小加到流动稳定构件1上的动态载荷，并能稳定上增压室内出口12下方的空间中的冷却剂流F。

现在将转而描述装有本发明第三个实施例的流动稳定构件1的反应器出口12附近的冷却剂流动情况。部分相互相反地沿芯管30内壁30a流动的冷却剂具有在出口12下方相互碰撞的倾向，然而，由于流动稳定构件1安置在出口12的孔的中部下方，沿芯管30内壁30a流动的冷却剂流被迫均匀地向上在流动稳定构件的两侧流动，这是流动稳定构件的导向作用所致。因此，冷却剂能顺利地流入由出口12限定的口子12a。换言之，在出口12下方沿内壁30a相互相反流动的冷却剂流的碰撞能有效地得到抑制，因此能稳定流入出口12的冷却剂流。从而能抑制连到出口12上的输出管42内的温度波动。

虽然已经描述了本发明实施例所用的流动稳定构件1，它装在出口12的口子中部下方，显然流动稳定构件1实际上可安装在任何位置，只要安装位置在出口12下方并横越出口12的区域内。重要的是避免出口12下方区域附近的冷却剂流的碰撞，从而能稳定流入出口12的冷却剂流。因此，从结构限制的角度将流动稳定构件安装在出口中部的下方是重要的，但流动稳定构件1可安装在或多或少地偏离出口12中部下方的位置，只要该偏离位置落入出口12的下方并横越出口12的区域内。因此，本发明可在无任何明显困难的情况下用到现有的核反应器上。

前面已参照附图详细描述了可以认为是目前优选的本发明的实施例和其它替换的实施例。然而应该看到，本发明不仅限于这些实施例，本专业技术人员能在不超出本发明的精神和范围的情况下很容易地进行各种修改和变化。

Claims (6)

1.一种核反应器内部结构，包括：

一个悬挂在核反应器罐(10)内的芯管(30)，

一个核反应器芯确定的燃料组件区(33)，冷却剂流过该燃料组件区，

一个在燃料组件区(33)上方限定在上芯板(21)和上芯支撑板(20)之间的上增压室(40)，该增压室与装在核反应器罐(10)侧壁上的若干出口(12)连通，在冷却剂流到出口(12)时，该冷却剂流分成碰撞的冷却剂流，其特征在于：

在上增压室(40)上设有一个低于一个出口(12)的流动稳定构件(1)，该流动稳定构件(1)支撑在上芯板(21)的未穿孔的部分上或在其上方，安置在芯管(30)附近的燃料组件区(33)外侧的区域中，并且该流动稳定构件(1)定位成分开冷却剂流，从而防止冷却剂流碰撞，以抑制冷却剂流的温度波动。

2.按照权利要求1的核反应器内部结构，其中上述流动稳定构件(1)安置在上述出口(12)的口子的下方。

3.按照权利要求2的核反应器内部结构，其中上述流动稳定构件(1)安置在上述出口(12)上述口子中部的正下方。

4.按照权利要求3的核反应器内部结构，其中上述流动稳定构件(1)的尺寸做成使其顶端位置位于从上述上芯板(21)的上表面和上述出口(12)的口子的最低部分之间的中部位置、到低于上述出口(12)的上述最低部分的一个位置的区域内的一个高度上。

5.按照权利要求2的核反应器内部结构，其中上述流动稳定构件(1)安置在上述两个相邻出口(12)之间的中部位置上。

6.按照权利要求5的核反应器内部结构，其中上述流动稳定构件(1)的尺寸做成使它的顶端位于从上述上芯板(21)的上表面和上述出口(12)的口子的最低部分之间的中部位置、到低于上述出口的上述最低部分的一个位置的区域内的一个高度上。

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