CN1971766B - 压水核反应堆容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压水核反应堆容器，包括：包括至少一个圆柱形壳体和一个碟形下封头的外壳，堆芯支撑板，在支撑板和碟形下封头(6)之间限定一个容器下封头空间，所述支撑板被使所述容器下封头空间与堆芯连接用于主冷却剂循环的孔贯穿，稳定装置(26)设置在所述容器下封头空间中，其特征在于所述稳定装置(26)包括至少一个相对容器中心轴基本垂直的稳定板(30)和多个稳定孔(32)，所述稳定孔(32)设置在稳定板(30)中并且能够通过使主冷却剂流过孔(32)而使其稳定。

Description

压水核反应堆容器

技术领域

本发明总体上涉及压水核反应堆。

更准确地，本发明涉及一种压水核反应堆容器，这种类型的容器包括：

-外壳，包括至少一个具有竖直中心轴线且具有圆形横截面的圆柱形壳体和封闭所述圆柱形壳体下端的碟形下封头，

-设置在所制造的外壳内的至少一个用于主冷却流体的入口和出口，

-设置在所制造的外壳内且包括多个核燃料组件的堆芯，

-在堆芯之下相对中心轴基本垂直并布置在所制造的外壳内部的堆芯支撑板，从而在所述支撑板和碟形下封头之间限定一个容器下封头空间，所述支撑板被使所述容器下封头空间与堆芯连通用于主冷却剂循环的孔贯穿，

-用于使主冷却剂从一个或多个入口一直连通到容器下封头空间的通道装置，

-设置在容器下封头空间中以及在支撑板下面并且能够在主冷却剂流体通过支撑板之前稳定至少一部分由通道装置输送的主冷却剂的稳定装置，该稳定装置在相对中心轴垂直的方向上的尺寸在所述壳体内径的30％至60％之间。

背景技术

这种类型的容器可以从EP-A-1 006 533了解，它描述了基本上包括与容器中心轴共轴的圆柱形壳体的稳定装置。

这些稳定装置具有非常好的效果。

然而，如果主冷却剂形成小涡流，这些小涡流可以不被打断地经过壳体的内部空间。

发明内容

就此而论，本发明的目的在于提供一个装有稳定装置的核反应堆容器，该稳定装置，特别是在主冷却剂中形成小漩涡时具有改善的有效程度。

为此，本发明涉及上述类型的核反应堆容器，其特征在于所述稳定装置包括至少一个相对容器中心轴基本垂直的稳定板和多个稳定孔，所述稳定孔设置在稳定板中并且通过使主冷却剂流过孔而能使其稳定。

所述容器还具有下列一个或多个单独或者按照任何技术上可能组合获得的特征：

-所述稳定板沿中心轴的高度在容器下封头空间沿该轴最大高度的15％至40％之间；

-所述稳定板是一个整体；

-所述稳定板是机加工的锻造部件；

-所述稳定孔与中心轴平行地延伸通过稳定板并且以正方形网格格栅的形式分布；

-所述稳定孔具有与中心轴垂直的正方形截面；

-所述稳定孔至少受到第一组属于稳定板的相互平行叶片和第二组属于稳定板的相互平行叶片的限制，第一组叶片被设置成与第二组垂直；

-所述叶片是直的并且每个叶片在与中心轴垂直的方向上延伸通过整个稳定板；

-所述燃料组件按照具有预定侧边尺寸的正方形网格格栅设置在堆芯中，第一组叶片按照所述侧边一半的整数倍的恒定间距设置，第二组叶片也按照所述侧边一半的整数倍的恒定间距设置；

-所述叶片的厚度在5至50毫米之间；

-所述稳定装置包括用于把稳定板固定到堆芯支撑板上的支柱，这些支柱被刚性固定到设置在第一和第二组叶片交叉点处的稳定板的节点上；

-所述稳定板沿中心轴的高度在相对于中心轴垂直的稳定孔横截面最大尺寸的0.3至3.5倍之间；

-所述稳定装置包括围绕稳定板并被固定连接到稳定板外边缘的圆柱形部分；以及

-所述圆柱形部分沿中心轴向着堆芯支撑板延伸超过稳定板，超过高度在稳定板高度的25％至100％之间。

附图说明

通过下面参照附图以示例性和非限制性方式的说明将认理解本发明的其它特征和优点，其中：

-图1是按照本发明的核反应堆容器下部的轴向截面图；

-图2是与图1所示稳定板的中心轴相垂直的截面图，按照图1所示箭头II入射的方向观察，只显示了该板的四分之一；

-图3是图2所示稳定装置的轴向截面，按照图2所示箭头III入射的方向观察，只显示了该装置的一半；以及

-图4是图2所示局部IV的放大图，其中用于通过堆芯支撑板循环主冷却剂的孔的位置和核燃料组件中心轴的位置被叠加在上面。

具体实施方式

图1中描述的容器1为压水核反应堆容器。它包括一个制造的外壳2，外壳2包含具有竖直中心轴X以及圆形横截面的圆柱形壳体4、封闭壳体4下端开口的碟形下封头和一个可拆卸地固定到壳体4上端开口的盖(未表示)。所述壳体4通常包括对接焊接的多个圆柱形壳体元件。

所述容器1还包括多个设置在所制造的外壳2上的主冷却流体入口(未表示)，和多个用于相同流体的也设置在所制造的外壳2上的出口(未示出)。

所述容器1包括堆芯8，堆芯8包含多个竖直设置在所制造的外壳2内部的核燃料组件10。容器1还包括堆芯支撑板12，堆芯支撑板12基本上相对中心轴X垂直并且设置在所制造的外壳2内部，位于堆芯8的下面。板12在圆柱形壳体4下面延伸，从而在支撑板12和碟形下封头6之间限定一个容器下封头空间14。

所述容器1还包括一个具有轴X的圆形截面并设置在堆芯8周围的圆柱形堆芯壳16。壳16因此插入在堆芯8和圆柱形壳体4之间，并且直径比该壳体小。从而壳16与壳体4限定一个能够从入口连通几乎所有的主冷却剂直到容器下封头空间14的环形空间18。

支撑板12的直径基本上等于壳16的直径，并且支撑板12的整个外周边焊接到壳16的开口下端。

壳16本身使用未在该实施例中描述的合适方式悬挂在壳体4的上边缘上。

如图1所示，支撑板12在其周围具有多个径向引导键20，这些键与固定到壳体4内侧的引导槽22啮合

键20与槽22相互配合通过围绕中心轴X旋转引导支撑板12和壳16。

堆芯8的核燃料组件10利用其下端(未表示)放置在支撑板12上。核燃料组件以正方形网格格栅的方式相互平行地竖直布置。在整个格栅上正方形网格的尺寸不变。每一个正方形例如具有大约215mm的侧边尺寸。

支撑板12被使所述容器下封头空间14与堆芯8连通用于主冷却剂循环的孔24贯穿。这些孔沿中心轴X延伸并且延伸穿过支撑板12的整个厚度。所述孔24也以正方形网格格栅的方式设置在板12上，正方形网格格栅布置成在每一个组件10下面布置4个孔24。所述4个孔占用了格栅一个网格的末端。

这个结果是通过在格栅中设置孔24来达到的，该孔所有的正方形网格尺寸基本上相同，每一个网格的侧边基本上为燃料组件格栅的网格侧边的一半。

孔24的格栅的网格因此具有与燃料组件格栅网格的四分之一相等的表面。

所述容器1进一步包括一个稳定装置26，稳定装置26设置在容器下封头空间14内在支撑板12下方并且被固定到支撑板上。该装置能够在流体向上流经支撑板12以被引入堆芯8之前稳定至少一部分经环形空间18向下流动直到容器下封头空间14的主冷却剂。

在图1到3描述的第一个实施例中，稳定装置为一个加工的锻造的整体组件，包括外侧圆柱形部分28和稳定板30，外侧圆柱形部分具有圆形截面和轴线X，稳定板30相对轴X基本垂直并占据圆柱形部分28的整个内部横截面。所述部分28因此完全围绕板30并被固定连接到稳定板30的外缘。

如图2所示，稳定装置26包括设置在板30中并以正方形网格格栅的方式设置的多个稳定孔32。这些孔32由属于稳定板30的第一组相互平行叶片34和属于稳定板30的第二组相互平行叶片36限定。第一组叶片34垂直于第二组叶片36。所述叶片34和36在板30的整个高度上延伸，该实施例中的所述高度与中心轴X平行。

所述叶片34和36是直的并且每个叶片在与中心轴X垂直的方向上延伸通过整个稳定板30。所述叶片34在图2的Y方向上延伸而且叶片36在图2的Z方向上延伸。叶片34和36在它的两个相对端上固定连接到圆柱形部分28上。叶片34和叶片36在下面称为节点的交叉点处交叉，从而在每一个节点处并且在稳定板30的整个高度上叶片34与叶片36固定连接。

第一组叶片34布置成以等于燃料组件格栅10的网格的侧边的恒定间距相互间隔开。以相同的方式，第二组叶片36也根据等于燃料组件格栅的网格侧边的恒定间距设置。

叶片34和36的位置被固定，从而沿着中心轴X叶片被设置在堆芯支撑板12的循环孔24之间。

叶片34和36、循环孔24和核燃料组件中心轴C的各自位置沿轴X表示在图4中。可以观察到轴C居于由叶片34和36限制的正方形孔32的中心。四个孔24被设置在每一个正方形孔32的对角线上，在孔的拐角和轴C之间的中间。

由图2可以看出，所有设置在稳定板30中心部分的稳定孔32具有一个正方形截面。这些孔32与中心轴X平行地延伸通过稳定板的整个高度。它们都具有相同尺寸。

然而，位于板30周边的孔32形状不同。这些孔被叶片34和36限制在板30内部并由圆柱形部分28限制在板30的径向外侧。

稳定板30为圆形并且在与中心轴X垂直的平面上具有壳体4内径的30％至60％的直径。

进一步，稳定板30沿中心轴X的高度h在容器下封头空间14的最大高度H的15％至40％之间(见图1)。最大高度H对应于在容器的中心轴X上在堆芯支撑板12的下表面和碟形下封头6的内表面之间的距离。

板30的高度h在孔32的沿相对于轴X垂直的横截面的最大尺寸的0.3至3.5倍之间。优选地，所述高度h在该最大尺寸的0.5至2倍之间并且通常为最大尺寸的1倍。

堆芯支撑板12的下表面和稳定板30上表面之间的距离在容器下封头空间14的最大高度H的10％至35％之间。

从图3可以看出，稳定装置的圆柱形部分28向堆芯支撑板12延伸超过稳定板30的上表面37。相对于上表面37，圆柱形部分28向上突出的高度在稳定板30高度的25％至100％之间。

稳定板30的直径例如为大约2610mm。圆柱形部分28的外径例如为2690mm。稳定板30的高度例如为280mm。圆柱形部分28的总高度例如为430mm。

两个叶片34或两个叶片36的间距例如大约为215mm。叶片具有5mm至50mm之间的厚度，并且优选地基本上等于15mm。孔32的侧边长度在这种情况下大约为200mm，孔32横截面的最大尺寸为大约280mm(正方形横截面的对角线)。

稳定装置26利用24个与中心轴X平行延伸的支柱38固定到堆芯支撑板12上。如图1所示，支柱38在下端被刚性固定到板30而在上端固定到板12。

为此目的，加大的节点40被设置在特定叶片34和36的相交点处。这些加大的节点40被平行于中心轴X延伸的孔42贯穿。支柱38的下部分呈螺纹杆状(未示出)。这些杆接合在其从一边轴向延伸到另一边经过的孔42中。螺母43(图1)被拧到突出到板30下方的螺杆自由端上。支柱38和稳定板30之间的连接通过在螺母和孔42的边缘之间产生的焊接点或焊缝进一步加固。

在图2中同样可以看出，孔42设置在稳定板30的周边，直接位于圆柱形部分28内部。支柱38以规则的间隔绕中心轴X分布。

每一根支柱38的上端呈十字形板44的形式(图1)，其相对于轴X垂直延伸。该十字形板的上表面在其中心设有定中销，四个固定孔设置在十字形板的四个分支中。这些十字形板44的上表面压在堆芯支撑板12上，因此定中销与设置在板12的下表面的凹孔接合。螺钉45(图1)延伸穿过十字形板的孔并与设置在板12下表面上的相应螺孔接合。选取螺孔的位置使得支柱38被设置在循环孔24的格栅的正方形网格的中心。以与前面所述相同的方式，焊接点或焊缝使在十字形板44和堆芯支撑板12下表面之间的连接加固。

现在说明在本发明容器内部的主冷却剂循环。

主冷却剂通常为水。它被反应堆的主泵输送并通过设置在所制造的外壳2上的入口引入容器1。然后主冷却剂向下流动到环形空间18，一直到容器下封头空间14。一小部分冷却水从环形空间18，在稳定装置26和堆芯底板12之间且不经过稳定装置的直接流过。接着，这小部分冷却水经过板12的孔24流入反应堆堆芯8内部。

大部分的主冷却水从环形空间18，沿碟形下封头6流动，然后与轴X平行地上升通过稳定装置26。这部分冷却水流经稳定孔32，然后继续向上流动经过板12的循环孔24。

主冷却剂然后沿着核燃料组件10上升并且随后通过与其接触加热。主冷却剂经设置在所制造的外壳2上的出口流出容器1。

上面描述的容器具有几个优点。

稳定装置的结构(穿有多个孔的板)可以非常有效地破坏小旋涡，所述旋涡形成于进入容器下封头空间的主冷却剂中或者在来自容器不同入口的水流的交点处在容器下封头空间内形成。

进一步，选取相对于容器中心轴垂直的稳定装置的尺寸有助于使其更加有效。

通过设置在稳定板内的相互垂直的叶片来限定稳定孔，导致在流体稳定效率和由流体流过板产生的压降之间产生一个非常好的折衷。这使得主泵的压力被限定为最后手段。

叶片相对于用作主冷却剂流经堆芯支撑板的通道的孔的布置能够促进容器中流体的循环。

进一步，稳定板的高度和叶片的厚度从有助于提高在稳定板通透性、稳定效率以及稳定装置机械强度之间折衷的范围中选取。

在板的高度与这个板的孔的横截面的最大尺寸之间的关系也被优化以促进稳定效率。

稳定装置被悬挂在堆芯支撑板的下方并因此可以与由屏16和板12组成的子组件一起从反应堆的容器中移走。

围绕稳定板和延伸超过稳定板到达堆芯支撑板的外侧圆柱形部分使流出稳定孔并流向堆芯支撑板的主冷却剂被引导，并限制了流体中的紊流。

当该容器在包括多个与容器入口和出口连接的主环路(典型地为4个)的反应堆中使用时，人们发现在其中一个环路的所述循环中断时稳定装置特别有效。入口通常分布在容器上方，从而在引向容器下封头空间的环形空间18中的循环在该空间18的整个周边是均匀的。失去其中一个主环路致使环形空间中流体循环不对称，从而在进入容器下封头空间中的主冷却剂中产生许多涡流。上面描述的稳定装置使这些涡流以非常有效的方式被破坏。

把稳定装置安排在堆芯下支撑板下方较远的位置特别有利。人们已经知道，希望在所有延伸通过堆芯支撑板12的开口中用最均匀方式分配冷却水的流动，以便为核反应堆堆芯的每个组件提供最佳供给。然而，在容器下封头空间14内部，反应堆带压冷却水的流动受到高程度的干扰并且特别是在通过堆芯支撑板12进入堆芯8之前在流体的循环过程中会形成湍流。

如果流体不在容器下封头空间内部14中即刚好在冷却水达到堆芯支撑板12的高度之前稳定，堆芯入口处的流量和压力的分布因此受到高水平的干扰并且压力和流量的范围通常不太均匀。

上面描述的容器可有多种变体。

稳定装置可能不包括围绕稳定板的外侧圆柱形部分。稳定装置还可包括高度基本上等于所述板的高度的外侧圆柱形部分，该外侧圆柱形部分因此不延伸超过稳定板而至堆芯支撑板。

稳定板30可以不具有相对中心轴X垂直的圆形形状。其可以是允许用于稳定主冷却剂的获得高效率的正方形、矩形、椭圆形或任何一种其它形状。所有的情况中，板在相对于中心轴垂直方向上的尺寸保持在所制造的外壳的壳体内径的30％至60％之间。

稳定装置可包括多个相互固定到一起的平板。每一个板具有上述的结构并且具有相互垂直并限定主冷却剂稳定孔的叶片。这些各种叶片在同一平面上相对于容器的中心轴垂直设置。每个板可被延伸超过这些板至堆芯支撑板的圆柱形部分围绕。

稳定板可以不是一个机加工的锻造部件而是一个机械焊接的结构。

稳定板可通过与上述固定支柱不同的装置固定到堆芯支撑板上，例如，焊接的交叉构件，只要这些装置可使两个板之间形成足够坚固的连接。

叶片34和36可以以与燃料组件格栅的格栅的正方形网格的侧边不同的间距布置。在这种情况下，选择侧边一半的整数倍为恒定间距。优选地，间距选择的侧边一半的一至六倍。因此可能使叶片34和36在支撑板的每排循环孔24之间通过而不阻挡它们，甚至部分地阻挡也不会发生。

第一组叶片34不一定相对于第二组叶片36垂直也可在相对叶片36倾斜的方向上延伸，叶片34与叶片36交叉。这种方式中，在板30中设置的孔32不一定为正方形。它们可以有各种不同的形状：矩形、圆形、椭圆形或其它形状。为确保稳定装置的正确操作，使这些孔在板30的整个表面上优选以均匀方式分布是重要的。为此，把这些孔布置在具有恒定网格的格栅中特别有益。该网格可以是正方形、三角形、菱形或者具有其它形状，只要其适合于孔的形状。孔必须具有小的横截面以有效地破坏小涡流并且必须有足够数量的孔以使板的通透性足够高，并使主冷却剂在经过板时不会产生高压降。

Claims (13)

1.一种压水核反应堆容器(1)，包括：

-外壳(2)，它包括至少一个具有竖直中心轴(X)且具有圆形横截面的圆柱形壳体(4)和封闭所述壳体(4)下端的碟形下封头(6)，

-设置在所制造的外壳(2)内的至少一个用于主冷却剂的入口和出口，

-设置在所制造的外壳(2)内且包括多个核燃料组件(10)的堆芯(8)，

-在堆芯(8)之下相对中心轴(X)基本垂直并布置在所制造的外壳(2)内部的堆芯支撑板(12)，从而在所述支撑板(12)和碟形下封头(6)之间限定一个容器下封头空间(14)，所述支撑板(12)被使所述容器下封头空间(14)与堆芯(8)连通用于主冷却剂循环的孔(24)贯穿，

-用于使主冷却剂从一个或多个入口一直连通到容器下封头空间(14)的通道装置(16，18)，

-设置在容器下封头空间(14)中以及在支撑板(12)下面并且能够在主冷却剂通过支撑板(12)之前稳定至少一部分由通道装置(16，18)输送的主冷却剂的稳定装置(26)，该稳定装置(30)在相对中心轴(X)垂直的方向上的尺寸在所述壳体(4)内径的30％至60％之间，

其特征在于稳定装置(26)包括至少一个相对中心轴(X)基本垂直的稳定板(30)和多个稳定孔(32)，稳定孔(32)设置在稳定板(30)中并且通过使主冷却剂流过稳定孔(32)而能使其稳定，稳定板(30)沿中心轴(X)的高度在容器下封头空间(14)的沿该轴最大高度的15％至40％之间。

2.如权利要求1所述的容器，其特征在于所述的稳定板(30)为一个整体。

3.如权利要求2所述的容器，其特征在于所述的稳定板(30)为一个机加工的锻造部件。

4.如权利要求1至3中任一项权利要求所述的容器，其特征在于所述稳定孔(32)与中心轴(X)平行地延伸通过稳定板(30)并且以正方形网格格栅的形式分布。

5.如权利要求1所述的容器，其特征在于所述稳定孔(32)具有相对于中心轴(X)垂直的正方形截面。

6.如权利要求5所述的容器，其特征在于所述稳定孔(32)至少受到第一 组属于稳定板(30)的相互平行叶片(34)和第二组属于稳定板(30)的相互平行叶片(36)的限制，第一组叶片(34)被设置成与第二组叶片(36)垂直。

7.如权利要求6所述的容器，其特征在于所述叶片(34，36)是直的并且每个叶片在与中心轴(X)垂直的方向上延伸通过整个稳定板(30)。

8.如权利要求7所述的容器，其特征在于所述燃料组件(10)按照具有预定侧边尺寸的正方形网格格栅设置在堆芯(8)中，第一组叶片(34)按照所述侧边一半的整数倍的恒定间距设置，第二组叶片(36)也按照所述侧边一半的整数倍的恒定间距设置。

9.如权利要求6至8中任一项权利要求所述的容器，其特征在于所述叶片(34，36)的厚度在5至50毫米之间。

10.如权利要求6至8中任一项权利要求所述的容器，其特征在于所述稳定装置(26)包括用于把稳定板(30)固定到堆芯支撑板(12)上的支柱(38)，这些支柱(38)被刚性固定到设置在第一和第二组叶片(34，36)交叉点处的稳定板(30)的节点(40)上。

11.如权利要求5至8中任一项权利要求所述的容器，其特征在于稳定板(30)沿中心轴(X)的高度在相对于中心轴(X)垂直的稳定孔(32)横截面最大尺寸的0.3至3.5倍之间。

12.如权利要求1至3和5至8中任一项权利要求所述的容器，其特征在于所述稳定装置(26)包括围绕稳定板(30)并被固定连接到稳定板(30)外边缘的圆柱形部分(28)。

13.如权利要求12所述的容器，其特征在于所述圆柱形部分(28)沿中心轴(X)向着堆芯支撑板(12)延伸超过稳定板(30)，超过高度在稳定板(30)高度的25％至100％之间。 

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