CN117672573A - 堆内流量搅混及异物拦截装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种堆内流量搅混及异物拦截装置及其应用方法，堆内流量搅混及异物拦截装置包括底板、设置在所述底板上的拦截网单元；所述拦截网单元包括若干个在所述底板上自下而上间隔叠置的环形片，相邻的所述环形片之间的间隔形成拦截网孔。本发明的堆内流量搅混及异物拦截装置，用于设置在压力容器内的堆芯下方，通过环形片在底板上间隔叠置形成拦截网单元，对进入的冷却剂进行多层切割，达到充分搅混效果，还同时具备拦截异常脱落零件功能，保护反应堆运行安全，实现流量搅混和异物拦截双重功能一体化。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种堆内流量搅混及异物拦截装置及其应用方法。
背景技术
核电站的压水型反应堆本体由反应堆压力容器、堆内构件、控制棒驱动机构、堆芯部件和堆芯仪表等部件组成，堆内构件、压力容器及燃料组件结构本身一起为堆芯提供合理的流道。冷却剂从反应堆压力容器的环形下降腔，再进入下腔室，经堆芯下支承板后进入堆芯，从而实现堆芯的冷却。但是，由于压力容器的下封头一般为半球形或半椭球形，其与堆芯下支承板所围成的下腔室近似半球形，当冷却剂从环形下降腔进入下腔室时，就会因流道急剧变化而在下腔室内产生大量涡流，导致进入堆芯不同位置处的燃料组件的流量分布不均匀。为此，在设计压水堆堆内构件时，通常会在堆芯的下方设置流量分配结构，或者是具有类似功能的结构，以对下腔室中的冷却剂进行流量分配和漩涡流抑制，使冷却剂流经流量分配结构和多孔的堆芯下支承板后，以可接受的均匀流量分布进入堆芯。
现有二代核电站压水堆采用的流量分配结构是通过堆芯下支承板下方的堆芯仪表导向柱、支承柱、上下格板以及多孔的堆芯下支承板一起发挥流量分配功能的。当冷却剂从环形下降腔进入下腔室后，通过仪表导向柱、支承柱和上下格板对冷却剂进行搅混，再通过堆芯下支承板流量分配，使冷却剂以较均匀的流量分布进入堆芯。但是，此结构的流量分配功能需要仪表导向柱、支承柱、上下格板、堆芯下支承板等零件联合作用，不适用于反应堆压力容器下封头无贯穿孔的堆型结构。
现有三代核电站压水堆采用的流量分配结构是通过法兰固定于堆芯下支承板底部的封头形结构，封头形结构上开设有大量水孔。使用时，冷却剂从环形下降腔进入封头形结构与压力容器下封头形成的腔室后，穿过封头形结构上的水孔进入下腔室，再通过堆芯下支承进入堆芯。这种流量分配结构具有结构简单的优点，但是由于其结构与压力容器下封头是类似的半球形结构，并不能充分搅混压力容器底部的漩涡流，使得进入堆芯的冷却剂流量均匀程度不足。
此外，三代小型压水堆由于运行环境比陆上商用核电站更加苛刻，比如其堆芯功率变化更多、冷却剂流速更高、换料周期更长等等，上述更加苛刻的运行环境条件将大大增加运行期间反应堆内部构件上的细小零件出现异常脱落现象。，因此，对于三代小型压水堆，要求在冷却剂流量进入堆芯之前设置具有拦截异物功能的结构，以保证反应堆运行的绝对安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现流量搅混和异物拦截双重功能一体化的堆内流量搅混及异物拦截装置、该堆内流量搅混及异物拦截装置的应用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种堆内流量搅混及异物拦截装置，用于连接在压力容器内堆芯的下方，所述堆内流量搅混及异物拦截装置包括底板、设置在所述底板上的拦截网单元；
所述拦截网单元包括若干个在所述底板上自下而上间隔叠置的环形片，相邻的所述环形片之间的间隔形成拦截网孔。
优选地，相邻的所述环形片之间的间隔为2mm～5mm；和/或，所述环形片的厚度为2mm～5mm。
优选地，所述底板与压力容器的下封头之间留有间隙。
优选地，所述拦截网单元还包括至少两组在竖向上将若干所述环形片连接在所述底板上的连接组件；若干组所述连接组件沿所述拦截网单元的周向间隔分布。
优选地，所述连接组件包括连接套筒、螺栓及套筒螺母；
所述连接套筒竖向定位在所述底板上，若干所述环形片穿套在所述连接套筒上并彼此保持间隔；所述螺栓穿进所述底板和连接套筒，所述套筒螺母配合紧固在所述连接套筒远离所述底板的端部上，将所述环形片固定在所述连接套筒上。
优选地，所述连接组件还包括若干垫片；若干所述垫片套设在所述连接套筒上，并且分布在每相邻的两个所述环形片之间。
优选地，所述拦截网单元包括6～12组所述连接组件。
优选地，所述底板的外径与所述环形片的外径相等。
优选地，所述底板的外径小于所述环形片的外径，并且大于所述环形片的内径。
本发明还提供一种堆内流量搅混及异物拦截装置的应用方法，所述堆内流量搅混及异物拦截装置连接在压力容器内的吊篮下方；在压力容器内，冷却剂从环形腔室下降到压力容器内底部后，从所述堆内流量搅混及异物拦截装置的拦截网单元外周侧面进入，被所述拦截网单元的环形片多层切割，从拦截网孔进入内部，达到充分搅混；同时，所述拦截网单元下方的底板阻断冷却剂从所述拦截网单元底部进入。
本发明的堆内流量搅混及异物拦截装置，用于设置在压力容器内的堆芯下方，通过环形片在底板上间隔叠置形成拦截网单元，对进入的冷却剂进行多层切割，达到充分搅混效果，还同时具备拦截异常脱落零件功能，保护反应堆运行安全，实现流量搅混和异物拦截双重功能一体化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的堆内流量搅混及异物拦截装置在压力容器内的结构示意图；
图2是本发明一实施例的堆内流量搅混及异物拦截装置的俯视图；
图3是本发明一实施例的堆内流量搅混及异物拦截装置的纵向剖面结构示意图；
图4是图3的部分结构放大示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的堆内流量搅混及异物拦截装置，用于设置在压力容器内并且处于堆芯的下方，对通过堆芯下方进入堆芯内的冷却剂(一回路冷却剂)进行搅混及异物拦截，使进入堆芯的冷却剂流量分布均匀且不会带入异常脱落的零件。
如图1-图4所示，本发明一实施例的堆内流量搅混及异物拦截装置，包括底板10、设置在底板10上的拦截网单元20。整个堆内流量搅混及异物拦截装置通过拦截网单元20远离底板10的顶部连接在压力容器100内吊篮110下方，拦截网单元20通过其侧面形成的拦截网孔210，用于冷却剂(流向如图1中箭头所示)通过且对冷却剂进行切割，达到充分搅混的效果。底板10在压力容器内靠近下封头且不与下封头接触(留有间隙)，避免对冷却剂的流通形成阻隔，同时底板10能够避免冷却剂从底板10通过进入堆芯。
拦截网单元20进一步可包括若干个环形片21、将若干环形片21连接在底板10上的连接组件22；若干个环形片21在竖向方向间隔叠置。以图1所示压力容器100正向放置为例，若干个环形片21在底板10上自下而上间隔叠置，相邻的环形片21之间的间隔形成拦截网孔210。拦截网孔210在拦截网单元20侧面形致密网结构，冷却剂通过该致密网结构时，通过致密网对冷却剂流量进行多层切割，以达到充分搅混效果，保证进入拦截网单元20内部的冷却剂流量得到充分混合。同时，致密网结构可以有效拦截零小部件，防止其随着冷却剂流入反应堆堆芯，以破坏堆芯燃料组件结构，保护反应堆运行安全。
相邻的环形片21之间的间隔为2mm～5mm，即：拦截网孔210在竖向方向的宽度为2mm～5mm。
环形片21优选不锈钢材料制成，形成环形钢片。每一环形片21的厚度为2mm～5mm，若干个环形片21在底板10上均匀间隔叠置，环形片21之间相对固定，以保证间隔的稳定。底板10也可采用不锈钢材料制成。
拦截网单元20中，最下方的环形片21可以贴合在底板10上，也可以间隔叠置在底板10上，其与底板10之间的间隔也形成拦截网孔。位于拦截网单元20中最上方的环形片21靠近吊篮110底部的下支承板120，可以与下支承板120接触或留有间隙。
拦截网单元20中环形片21的数量综合环形片21的厚度、环形片21之间的间隔宽度以及吊篮110与下封头之间的空间大小等而定。
由于若干环形片21的叠置形成拦截网单元20，环形片21的外周形状也构成拦截网单元20的外周形状，结合拦截网单元20设置在吊篮110下方，优选拦截网单元20(环形片21)的外周形状与吊篮110外周形状相同设置，例如均为圆形。环形片21的外径也优选与吊篮110的外径相等，从而拦截网单元20的外周侧面可与吊篮110的外周侧面在竖向方向上平齐。
为保证底板10对冷却剂的有效阻挡，避免直接从堆内流量搅混及异物拦截装置底部进入堆芯，底板10外周形状与环形片21的外周形状一致。底板10的外径与环形片21的外径相等；或者，底板10的外径小于环形片21的外径，并且大于环形片21的内径。
连接组件22竖向设置，从而在竖向方向上将若干环形片21连接在底板10上。结合环形片21为环形机构，连接组件22设有至少两组，至少两组连接组件22沿环形片21的环向(也是拦截网单元20的周向)间隔分布，如图2所示，从而在环形片21周向上的至少两个位置，将若干上下间隔叠置的环形片21平衡且稳定地连接在底板10上方。连接组件22的设置也将相邻两个环形片21之间的呈环形的间隔分为至少两段。
连接组件22优选设置6～12组，多组连接组件22优选在环向上均匀间隔分布，以保证拦截网单元20的结构刚度与强度要求。
具体地，每一连接组件22可包括连接套筒221、螺栓222以及套筒螺母223。连接套筒221竖向定位在底板10上，若干环形片21穿套在连接套筒221上并彼此保持间隔。套筒螺母223配合紧固在连接套筒221远离底板10的端部上，将环形片21固定在连接套筒221上。螺栓222穿进底板10和连接套筒221，将底板10及其上的连接套筒221连接在一起，螺栓222还用于与吊篮110或下支承板配合连接。
螺栓222的轴向长度大于连接套筒221的轴向长度，进一步也大于连接套筒221轴向长度和底板10厚度的总和，以保证螺栓222的端部能够伸出连接套筒221外。
其中，为将连接套筒221定位在底板10上，并且方便组装时的精确对位，底板10的表面上可设有内凹的卡槽11，从而连接套筒221以其朝向底板10的端部配合在卡槽11内，可初步固定在底板10上。多个环形片21依次套接到连接套筒221上，形成沿着连接套筒221的轴向依次叠置。
可以理解地，为配合连接套筒221的穿接，环形片21设有通孔(未标示)。底板10上设有用于螺栓222穿过的连接孔(未标示)，连接孔与连接套筒221的内通道相对连通。
此外，为使环形片21之间形成有稳定的间隔，连接组件22还包括若干垫片224，若干垫片224与若干环形片21交错地套设在连接套筒221上，使得每相邻的两个环形片21之间设有至少一垫片224。以每相邻的两个环形片21之间设一垫片224为例，垫片224的厚度也决定了拦截网孔210的宽度，垫片224的厚度为3mm～5mm。
垫片224为环形垫片。根据需要，最下方的环形片21和底板10之间也可设垫片224。
连接套筒221远离底板10的端部上设有与套筒螺母223相配合的外螺纹，该具有外螺纹的端部伸出至最上方的环形片21的上方，通过套筒螺母223配合在该端部上形成紧固，将环形片21及垫片224锁紧在连接套筒221上。
堆内流量搅混及异物拦截装置组装时，先将连接套筒221定位在底板10上，将螺栓222从底板10下方穿进底板110和连接套筒221，或者先将螺栓222从底板10下方穿进底板110，再将连接套筒221套装到螺栓222上，同时定位在底板10上。然后将环形片21和垫片224交错套装到连接套筒221上，完成所有环形片21和垫片224的套装后，将套筒螺母223锁紧到连接套筒221端部上。
螺栓222远离底板10的端部伸出连接套筒221外，该伸出的端部用于与吊篮110或下支承板120配合，以将整个堆内流量搅混及异物拦截装置连接在吊篮110下方。
本发明的堆内流量搅混及异物拦截装置在压力容器内应用及工作时，结合图1及图4，通过螺栓222端部连接在下支承板120下方，从而将整个堆内流量搅混及异物拦截装置与吊篮110连接形成一体。
工作时，在压力容器100内，冷却剂沿图1中箭头所示流向从压力容器100内的环形腔室下降到压力容器100内底部后，从拦截网单元20的外周侧面进入拦截网单元20内部时，被拦截网单元20的环形片21多层切割，从拦截网孔210进入拦截网单元20内部，达到充分搅混；同时，拦截网单元20下方的底板10阻断冷却剂从拦截网单元20底部进入拦截网单元20内部。
充分搅混后且进入拦截网单元20内部的冷却剂再通过下支承板120进入堆芯，实现堆芯的冷却。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，用于连接在压力容器内堆芯的下方，所述堆内流量搅混及异物拦截装置包括底板、设置在所述底板上的拦截网单元；
所述拦截网单元包括若干个在所述底板上自下而上间隔叠置的环形片，相邻的所述环形片之间的间隔形成拦截网孔。
2.根据权利要求1所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，相邻的所述环形片之间的间隔为2mm～5mm；和/或，
所述环形片的厚度为2mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述底板与压力容器的下封头之间留有间隙。
4.根据权利要求1至3任一项所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述拦截网单元还包括至少两组在竖向上将若干所述环形片连接在所述底板上的连接组件；若干组所述连接组件沿所述拦截网单元的周向间隔分布。
5.根据权利要求4所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述连接组件包括连接套筒、螺栓及套筒螺母；
所述连接套筒竖向定位在所述底板上，若干所述环形片穿套在所述连接套筒上并彼此保持间隔；所述螺栓穿进所述底板和连接套筒，所述套筒螺母配合紧固在所述连接套筒远离所述底板的端部上，将所述环形片固定在所述连接套筒上。
6.根据权利要求5所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述连接组件还包括若干垫片；
若干所述垫片套设在所述连接套筒上，并且分布在每相邻的两个所述环形片之间。
7.根据权利要求4所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述拦截网单元包括6～12组所述连接组件。
8.根据权利要求1至3任一项所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述底板的外径与所述环形片的外径相等。
9.根据权利要求1至3任一项所述的堆内流量搅混及异物拦截装置，其特征在于，所述底板的外径小于所述环形片的外径，并且大于所述环形片的内径。
10.一种权利要求1至9任一项所述的堆内流量搅混及异物拦截装置的应用方法，其特征在于，所述堆内流量搅混及异物拦截装置连接在压力容器内的吊篮下方；在压力容器内，冷却剂从环形腔室下降到压力容器内底部后，从所述堆内流量搅混及异物拦截装置的拦截网单元外周侧面进入，被所述拦截网单元的环形片多层切割，从拦截网孔进入内部，达到充分搅混；同时，所述拦截网单元下方的底板阻断冷却剂从所述拦截网单元底部进入。
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