CN118072987A - 反应堆压力容器及三环路反应堆结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应堆压力容器及三环路反应堆结构，反应堆压力容器包括压力容器本体、设置在压力容器本体上的至少一个直接注入接管；压力容器本体上设有进口接管和出口接管，直接注入接管非对称布置于进口接管和出口接管之间，并且直接注入接管的中心轴线处于进口接管和出口接管的中心轴线的下方。本发明中，在压力容器本体上设置直接注入接管，用于安注冷却剂能够直接注入反应堆内部，避免通过主管道的注入且因主管道破口而使得部分安注冷却剂损失；在主管道冷管段发生破口事件时，有效降低直接注入接管中安注冷却剂被主管道冷管段破口流体夹带旁通的风险，确保安注冷却剂流量满足反应堆安全注入要求。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种反应堆压力容器及三环路反应堆结构。
背景技术
反应堆结构是核电站的核心，是核能的生产装置和重要安全屏障。在事故工况下，为确保反应堆承压边界的完整性，需要往反应堆内部注入足量冷却剂，以实现堆芯的冷却，确保反应堆的安全。
在事故工况下，目前多数压水堆型安注冷却剂是通过主管道经反应堆压力容器进口接管注入到反应堆内部，若在注入过程中发生主管道破口事件，部分安注冷却剂会从主管道破口位置流出而损失，从而可能影响安注效率。为实现事故工况下安注冷却剂能够直接注入反应堆内部，避免主管道破口而使得部分安注冷却剂损失，反应堆可采用直接注入技术，为此反应堆压力容器需设置有直接注入接管，而直接注入接管的结构和性能直接影响到反应堆的性能和承压边界的完整性。
现有的三环路堆型的反应堆，反应堆本体主要包括反应堆压力容器、堆内构件、燃料组件和控制棒驱动机构，反应堆本体无直接注入接管结构，在事故工况下，安注冷却剂只能通过主管道冷段经反应堆压力容器进口接管注入到反应堆内部，若在注入过程中发生主管道破口事件，部分安注冷却剂会从主管道破口位置流出而损失，从而可能影响安注效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的反应堆压力容器及具有该反应堆压力容器的三环路反应堆结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种反应堆压力容器，包括压力容器本体、设置在所述压力容器本体上的至少一个直接注入接管，所述直接注入接管内的直接注入通道连通所述压力容器本体内部；
所述压力容器本体上设有进口接管和出口接管，所述直接注入接管非对称布置于所述进口接管和出口接管之间，并且所述直接注入接管的中心轴线处于所述进口接管和出口接管的中心轴线的下方。
优选地，在所述压力容器本体的轴向上，所述直接注入通道的径向范围处于所述出口接管的内孔范围内，所述直接注入通道的下边缘高于所述出口接管的内孔下边缘。
优选地，所述直接注入接管包括一体形成在所述压力容器本体侧壁上的法兰接管段、与所述法兰接管段轴向相接的注入接管段、与所述注入接管段轴向相接的接管安全端；所述法兰接管段、注入接管段和接管安全端内部的通道依次相连通形成所述直接注入通道；
所述注入接管段的通道内设有喉部，用于加速冷却剂的注入以及限制冷却剂反向流出。
优选地，所述法兰接管段包括一体形成在所述压力容器本体上的容器法兰、在所述容器法兰远离所述压力容器本体内部的一端上向外凸出的接管嘴。
所述接管嘴的外表面与所述容器法兰的外表面的连接处为圆角设置。
优选地，所述容器法兰朝向所述压力容器本体内部的一端延伸设有环形凸台。
优选地，所述注入接管段包括与所述法兰接管段轴向相接的第一管段、与所述第一管段轴向相接的第二管段，所述第一管段的外径大于所述第二管段的外径，并且所述第一管段的外表面与所述第二管段的外表面之间通过斜面过渡连接；
所述喉部对应在所述第一管段和/或所述斜面内侧。
优选地，所述接管安全端的外径自连接所述注入接管段的一端到远离所述注入接管段的另一端逐渐减小。
优选地，所述注入接管段采用低合金钢材料制成，与所述法兰接管段为同种金属对接焊缝连接；所述注入接管段与所述接管安全端之间为异种金属对接焊缝连接。
优选地，所述直接注入通道的内壁面设有堆焊层，所述堆焊层延伸至所述压力容器本体的内壁面。
优选地，所述压力容器本体包括筒体、分别连接密封在所述筒体上端和下端的上封头和下封头；所述上封头的表面上设有通风罩支承结构、若干竖向插设的控制棒驱动机构密封组件和堆测接管。
本发明还提供一种三环路反应堆，包括以上任一项所述的反应堆压力容器，还包括设置在所述反应堆压力容器内的堆内构件。
优选地，所述堆内构件上对应所述反应堆压力容器的直接注入接管的位置设有导流结构，所述导流结构上具有导流通道，所述导流通道与所述直接注入接管的直接注入通道相对连通。
优选地，在所述反应堆压力容器内部，所述导流结构与所述直接注入接管之间留有避免热膨胀时发生接触干涉的间隙。
优选地，所述导流通道的上边缘对齐或高于与所述直接注入通道的上边缘。
本发明的有益效果：通过在压力容器本体上设置直接注入接管，用于安注冷却剂能够直接注入反应堆内部，避免通过主管道的注入且因主管道破口而使得部分安注冷却剂损失。直接注入接管的内部通道的中心轴线布置在进口接管和出口接管的中心轴线以下，在主管道冷管段发生破口事件时，有效降低直接注入接管中安注冷却剂被主管道冷管段破口流体夹带旁通的风险，从而确保安注冷却剂流量满足反应堆安全注入要求。
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三环路反应堆结构的纵向剖面示意图；
图2是本发明一实施例的三环路反应堆结构在接管位置处的横向剖面结构示意图；
图3是本发明一实施例的三环路反应堆结构中直接注入接管的轴向剖面结构示意图；
图4是本发明一实施例的三环路反应堆结构中导流结构与直接注入接管的装配示意图。
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。
如图1及图2所示，本发明一实施例的三环路反应堆结构，可包括反应堆压力容器1、设置在反应堆压力容器1内的堆内构件2、燃料组件3、设置在反应堆压力容器1顶部的堆测接管密封组件4和控制棒驱动机构5等。
其中，反应堆压力容器1包括压力容器本体10、至少一个直接注入接管20。直接注入接管20设置在压力容器本体10上；直接注入接管20内具有直接注入通道200，直接注入通道200沿着直接注入接管20的轴向延伸并贯穿其相对两端，并且连通压力容器本体10内部。直接注入接管20用于在事故工况下将安注冷却剂直接注入反应堆内部，避免通过主管道的注入且因主管道破口而使得部分安注冷却剂损失。
压力容器本体10上设有进口接管11和出口接管12，分别用于一回路冷却剂进入压力容器本体10内和从压力容器本体10输出。如图2所示实施例中，进口接管11和出口接管12各自设有三个，从而能够形成三环路流通。
直接注入接管20在压力容器本体10上处于进口接管11和出口接管12之间，直接注入接管20可以一个、两个或以上。为避免直接注入接管20与堆内构件2上辐照监督管支架等物项的干涉及影响堆内构件的下落安装，直接注入接管20在压力容器本体10上非对称布置。非对称布置还能够避免影响进口接管11、出口接管12与压力容器本体10间插入式焊缝的无损检查可达性。
在图2所示实施例中，压力容器本体10上设有两个直接注入接管20，非对称地布置于进口接管11和出口接管12之间，两个直接注入接管20的中心轴线的夹角大于90°。
在压力容器本体10的轴向上(高度方向)，直接注入接管20的中心轴线处于进口接管11和出口接管12的中心轴线的下方。在主管道冷管段发生破口事件时，可以有效降低直接注入接管20中安注冷却剂被主管道冷管段破口流体夹带旁通的风险，从而确保安注冷却剂流量满足反应堆安全注入要求。
进一步地，参考图1，在压力容器本体10的轴向上，直接注入通道200的径向范围处于出口接管12的内孔范围内，直接注入通道200的下边缘高于出口接管12的内孔下边缘。在需要对直接注入接管20内部排空水进行自身异种金属对接焊缝射线检查时，可以实现将直接注入接管20内部冷却剂通过出口接管12进行排空，以能够对上述自身异种金属对接焊缝实施射线检查。
结合图1至图3，直接注入接管20在结构上可包括轴向上依次相接的法兰接管段21、注入接管段22以及接管安全端23。法兰接管段21、注入接管段22和接管安全端23内部的通道依次相连通形成直接注入通道200。
法兰接管段21连接在压力容器本体10的侧壁上，该法兰接管段21内部的通道贯穿压力容器本体10的侧壁，在侧壁上形成管口以连通至压力容器本体10内部腔室。作为优选，该法兰接管段21一体形成在压力容器本体10的侧壁上，其具体可包括容器法兰211和接管嘴212；容器法兰211一体形成在压力容器本体10的侧壁上，也属于侧壁的一部分，接管嘴212在容器法兰211远离压力容器本体10内部的一端上向外凸出形成。接管嘴212与容器法兰211在锻件制造时整体锻造。
接管嘴212的外表面与容器法兰211的外表面的连接处213为圆角设置。圆角设置使得接管嘴212和容器法兰211的外表面之间为圆滑过渡连接，进而避免两者连接处的应力集中。
法兰接管段21采用低合金钢材料制成，可以与压力容器本体10的筒体一体锻造形成。法兰接管段21的接管嘴212在压力容器本体10外侧的凸出，用于与注入接管段22同种金属对接焊缝连接，进而可实现接管嘴212与注入接管段22间对接焊缝的在役无损检查可达。
容器法兰211朝向压力容器本体10内部的一端延伸设有环形凸台214。安注冷却剂从直接注入接管20外部注入反应堆压力容器1内部时，环形凸台214可以限制其在直接注入接管20与堆内构件2之间的旁流，提高安注效率。此外，环形凸台214为整圈连续无缺口结构，有利于对设置其表面的堆焊层24的无损检查实施。
注入接管段22与法兰接管段21的接管嘴212通过焊接方式连接；注入接管段22采用低合金钢材料制成，与法兰接管段21为同种金属对接焊缝连接，能够免除该焊缝在役期间的射线检查和液体渗透检查(该位置辐射剂量高)，有效降低在役检查工作量和人员受辐照剂量。
注入接管段22在结构上可包括轴向相接的第一管段221和第二管段223，注入接管段22以第一管段221与法兰接管段21相接。第一管段221的外径大于第二管段223的外径，并且第一管段221的外表面与第二管段223的外表面之间通过斜面222过渡连接。其中，第一管段221的外径可与接管嘴212的外径一致，两者的外表面可以平齐相接。第二管段223外径小于第一管段221外径的设置，形成注入接管段22的缩口端，用于与接管安全端23对接。
注入接管段22的通道内设有喉部224，可以实现安注工况时安注冷却剂的加速，便于安注冷却剂快速和高效注入反应堆内部；在直接注入接管20外部发生破口事件时，喉部224可以限制反应堆压力容器1内部冷却剂的反向流出，减少冷却剂的流失，有利于反应堆的安全。
如图3所示，喉部224在注入接管段22内可对应在第一管段221和/或斜面222内侧。喉部224在注入接管段22内的设置，对应减小了喉部224所在处的内径。作为选择性实施方式，除了喉部224所在位置之外，直接注入通道200的其余部分为等径通道，当然也可以是非等径通道，具体可灵活设置。
接管安全端23与注入接管段22采用异种金属对接焊缝连接，用于实现与现场直接注入管道的同种金属对接焊缝连接，以避免接管安全端23与现场直接注入管道间焊缝的热处理要求。
接管安全端23的外径自连接注入接管段22的一端到远离注入接管段22的另一端逐渐减小，从而整体呈空心圆锥形结构。
进一步地，在直接注入接管20内，直接注入通道200的内壁面设有堆焊层24，堆焊层24可通过不锈钢焊材堆焊形成。在一些实施例中，堆焊层24覆盖在注入接管段22和法兰接管段21的内壁面上，还延伸至环形凸台214的表面与压力容器本体10的内壁面上，与压力容器本体10内壁面上的堆焊层连接为一体。
直接注入接管20内的堆焊层24和压力容器本体10内的堆焊层均起到保护作用，避免直接注入接管20内表面以及压力容器本体10内表面被反应堆冷却剂腐蚀。
又如图1所示，反应堆压力容器1中，压力容器本体10进一步可包括筒体13、分别连接密封在筒体13上端和下端的上封头14和下封头15。直接注入接管20、进口接管11和出口接管12分别设置在筒体13上。
上封头14的表面上设有通风罩支承结构16，用于支撑通风罩。上封头14的表面上还设有堆测接管以及若干竖向插设的控制棒驱动机构密封组件，堆测接管用于与堆测接管密封组件4装配，控制棒驱动机构密封组件用于与控制棒驱动机构5进行装配。
堆内构件2进一步包括热套管、喇叭罩、压紧弹簧、上部堆内构件和下部堆内构件等。燃料组件3具体安装在下部堆内构件内。
可以理解地，本发明中，压力容器本体10、堆内构件2、燃料组件3堆测接管密封组件4和控制棒驱动机构5等均可采用现有技术实现，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明中，下封头15与筒体13的过渡段外表面为光滑结构，不设置水平凸台结构，在严重事故工况堆腔注水时不会影响堆腔注水流道的顺畅。
进一步地，本发明的一些实施例中，为配合反应堆压力容器1上直接注入接管20的设置，堆内构件2上还设有导流结构6，该导流结构6与直接注入接管20对应设置，将经直接注入接管20注入的安注冷却剂引导向下流动以注入反应堆内部，提高安注效果。
具体地，导流结构6设置在堆内构件2的下部堆内构件205上，并对应反应堆压力容器1的直接注入接管20的位置。导流结构6可通过圆柱销与下部堆内构件205进行连接，并通过角焊缝进行连接固定。
导流结构6上具有导流通道60，导流通道60与直接注入接管20的直接注入通道200相对连通。导流通道60的上边缘对齐或高于与直接注入通道200的上边缘，以使通过直接注入通道200进入的安注冷却剂进入导流通道60，再沿着导流通道60向下流动。
导流结构6可采用不锈钢等金属材料制成，其在宽度上可等于或大于直接注入通道200的直径，以具有足够宽度进行导流。
在反应堆压力容器1内部，导流结构6与直接注入接管20(具体为直接注入接管20的环形凸台214)之间留有间隙，以避免机组正常运行时导流结构6与直接注入接管20二者因热膨胀发生接触干涉。
本发明的反应堆压力容器在反应堆应用过程中，在机组事故工况下需要注入安注冷却剂时，利用反应堆压力容器上的直接注入接管20和堆内构件2上对应设置的导流结构6，能够实现安注冷却剂快速和高效注入反应堆压力容器内部，以保证堆芯淹没，确保反应堆的安全性。
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 (14)
1.一种反应堆压力容器，其特征在于，包括压力容器本体、设置在所述压力容器本体上的至少一个直接注入接管，所述直接注入接管内的直接注入通道连通所述压力容器本体内部；
所述压力容器本体上设有进口接管和出口接管，所述直接注入接管非对称布置于所述进口接管和出口接管之间，并且所述直接注入接管的中心轴线处于所述进口接管和出口接管的中心轴线的下方。
2.根据权利要求1所述的反应堆压力容器，其特征在于，在所述压力容器本体的轴向上，所述直接注入通道的径向范围处于所述出口接管的内孔范围内，所述直接注入通道的下边缘高于所述出口接管的内孔下边缘。
3.根据权利要求1所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述直接注入接管包括一体形成在所述压力容器本体侧壁上的法兰接管段、与所述法兰接管段轴向相接的注入接管段、与所述注入接管段轴向相接的接管安全端；所述法兰接管段、注入接管段和接管安全端内部的通道依次相连通形成所述直接注入通道；
所述注入接管段的通道内设有喉部，用于加速冷却剂的注入以及限制冷却剂反向流出。
4.根据权利要求3所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述法兰接管段包括一体形成在所述压力容器本体上的容器法兰、在所述容器法兰远离所述压力容器本体内部的一端上向外凸出的接管嘴；
所述接管嘴的外表面与所述容器法兰的外表面的连接处为圆角设置。
5.根据权利要求4所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述容器法兰朝向所述压力容器本体内部的一端延伸设有环形凸台。
6.根据权利要求3所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述注入接管段包括与所述法兰接管段轴向相接的第一管段、与所述第一管段轴向相接的第二管段，所述第一管段的外径大于所述第二管段的外径，并且所述第一管段的外表面与所述第二管段的外表面之间通过斜面过渡连接；
所述喉部对应在所述第一管段和/或所述斜面内侧。
7.根据权利要求3所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述接管安全端的外径自连接所述注入接管段的一端到远离所述注入接管段的另一端逐渐减小。
8.根据权利要求3所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述注入接管段采用低合金钢材料制成，与所述法兰接管段为同种金属对接焊缝连接；所述注入接管段与所述接管安全端之间为异种金属对接焊缝连接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述直接注入通道的内壁面设有堆焊层，所述堆焊层延伸至所述压力容器本体的内壁面。
10.根据权利要求1至8任一项所述的反应堆压力容器，其特征在于，所述压力容器本体包括筒体、分别连接密封在所述筒体上端和下端的上封头和下封头；所述上封头的表面上设有通风罩支承结构、若干竖向插设的控制棒驱动机构密封组件和堆测接管。
11.一种三环路反应堆，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的反应堆压力容器，还包括设置在所述反应堆压力容器内的堆内构件。
12.根据权利要求11所述的三环路反应堆，其特征在于，所述堆内构件上对应所述反应堆压力容器的直接注入接管的位置设有导流结构，所述导流结构上具有导流通道，所述导流通道与所述直接注入接管的直接注入通道相对连通。
13.根据权利要求12所述的三环路反应堆，其特征在于，在所述反应堆压力容器内部，所述导流结构与所述直接注入接管之间留有避免热膨胀时发生接触干涉的间隙。
14.根据权利要求12所述的三环路反应堆，其特征在于，所述导流通道的上边缘对齐或高于与所述直接注入通道的上边缘。
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| CN202410193043.XA Pending CN118072987A (zh) | 2024-02-20 | 2024-02-20 | 反应堆压力容器及三环路反应堆结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118072987A (zh) |
-
2024
- 2024-02-20 CN CN202410193043.XA patent/CN118072987A/zh active Pending
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