一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》涉及壓水堆核電廠核反應(yīng)堆設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件。

壓水堆的循環(huán)回路包括一回路和二回路，其中一回路完成了反應(yīng)堆熱量的導(dǎo)出，熱量通過蒸汽發(fā)生器傳導(dǎo)到二回路產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機發(fā)電。一回路主要由反應(yīng)堆壓力容器、堆內(nèi)構(gòu)件、燃料組件、蒸汽發(fā)生器、主泵、管道等組成。

燃料組件放置在壓力容器內(nèi)，由堆內(nèi)構(gòu)件實現(xiàn)支承。核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)維持可控的鏈式裂變反應(yīng)產(chǎn)生能量。核裂變產(chǎn)生的能量由冷卻劑吸收，實現(xiàn)對燃料組件的冷卻。吸收能量后的冷卻劑溫度升高，在主泵的強迫循環(huán)作用下，經(jīng)由主管道進入蒸汽發(fā)生器，與二回路進行熱量的交換，溫度降低后的冷卻劑重新進入堆芯。

為了令燃料組件得到充分的冷卻，冷卻劑在進入堆芯前，需要保證其均勻性，所以反應(yīng)堆的下部堆內(nèi)構(gòu)件通常會設(shè)置流量分配裝置。傳統(tǒng)的流量分配裝置多為孔板式結(jié)構(gòu)，由一層或多層孔板通過一定的支撐疊加而成。但是當下腔室容積減少，這種結(jié)構(gòu)的流量分配效果變得不再理想，所以需要尋找新的結(jié)構(gòu)來取而代之。

中國國外下部堆內(nèi)構(gòu)件的流量分配裝置采用了分配環(huán)的結(jié)構(gòu)形式，由一個加工了大量流水孔的流量分配環(huán)和一塊渦流抑制板相配合而成。這種結(jié)構(gòu)的流量分配相對理想，但由于流量分配環(huán)是直接焊接在壓力容器上，使得整個壽期內(nèi)不得更換，風(fēng)險性較高，除此之外，結(jié)構(gòu)本身的阻力系數(shù)較高。

圖1為《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為流量分配裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-反應(yīng)堆壓力容器，2-堆芯支承下板，3-流量分配裝置，4-支承柱，5-能量吸收裝置，6-防斷底板，7-渦流抑制板，8-流量分配環(huán)板，9-分配底板，10-加強柱，11-凸部，12-小圓孔，13-大圓孔。

2021年6月24日，《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》包容在反應(yīng)堆壓力容器1內(nèi)部，包括堆芯支承下板2、流量分配裝置3、支承柱4、能量吸收裝置5、防斷底板6和渦流抑制板7，如圖1所示其中。堆芯支承下板2固定于堆芯底部，若干個支承柱4安裝固定在堆芯支承下板2的底部，堆芯支承下板2底部同軸安裝固定有設(shè)有若干圓孔的流量分配裝置3，堆芯支承下板2上開流水孔，支承柱4穿過流量分配裝置3并與堆芯支承下板2的底部固定連接，支承柱4下端面水平固定連接渦流抑制板7，渦流抑制板7下部安裝固定有4個能量吸收裝置5，能量吸收裝置5下安裝固定防斷底板6。

流量分配裝置3包括流量分配環(huán)板8、與流量分配環(huán)板8下部周向固定連接的分配底板9、與分配底板9上表面固定連接的加強柱10，流量分配環(huán)板8、分配底板9通過整體鍛造或鍛環(huán)與板材焊接而成為一體，流量分配環(huán)板8上表面與加強柱10的上表面共面，如圖2所示。流量分配環(huán)板8與分配底板9形成的角度與壓力容器的下封頭內(nèi)表面輪廓匹配，使流量分配環(huán)板8與壓力容器1形成平滑流道，流道的流通面積沒有突然擴大或收縮。流量分配環(huán)板8上設(shè)有若干凸部11，凸部11內(nèi)設(shè)有螺紋連接件沉孔，用于與堆芯支承下板2固定連接；流量分配環(huán)板8的周向側(cè)壁上設(shè)有等直徑的圓孔，圓孔呈旋轉(zhuǎn)對稱布置。流量分配環(huán)板8凸部11處通常不布置圓孔。分配底板9上均勻設(shè)有等直徑的小圓孔12，小圓孔12布置旋轉(zhuǎn)對稱，其直徑和位置待反應(yīng)堆確定后通過計算得到，不在《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》保護范圍內(nèi)；每一小圓孔12均對應(yīng)堆芯支承下板上的4個流水孔。分配底板9上在支承柱4穿過位置開有若干大圓孔13，大圓孔13比支承柱4下端的法蘭直徑大，支承柱4穿過大圓孔13與堆芯支承下板2固定連接，在大圓孔13和支承柱4間形成流水環(huán)段。

流量分配裝置3加工組裝完后，通過螺釘或焊接與堆芯支承下板2下表面相連接，下方安裝能量吸收裝置5。流量分配裝置3的強度能夠支承下部堆內(nèi)構(gòu)件的重量，所以能夠以流量分配裝置3下表面為支承面直接置于存放架上。

下部堆內(nèi)構(gòu)件、上部堆內(nèi)構(gòu)件、反應(yīng)堆壓力容器1、堆芯等關(guān)鍵部件構(gòu)成壓水核反應(yīng)堆連接在一回路中。下部堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)置了流量分配裝置，目的是保證冷卻劑在進入堆芯前足夠的均勻。堆芯入口流量分配的均勻程度關(guān)系到堆芯熱量能否及時順利的導(dǎo)出，直接決定了堆芯熱點的位置和熱管因子的大小，而熱管因子直接關(guān)系到整個核反應(yīng)堆乃至整個核電廠的安全，同時影響到核蒸汽的經(jīng)濟性。

通過《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》，冷卻劑從壓力容器進口接管進入后，通過環(huán)腔，進入反應(yīng)堆下腔室的流量分配裝置3外側(cè)，沿著壓力容器下封頭圓弧面實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，來自四周和底面的冷卻劑通過流量分配環(huán)板8側(cè)壁的圓孔、分配底板9的小圓孔12和大圓孔13進入流量分配裝置3內(nèi)，在流量分配裝置3內(nèi)進行一定程度的攪混和重新分配后，均勻的進入堆芯，由于有凸部11、加強柱10和堆芯支承下板的連接，使整個流量分配裝置具有很好的剛性，能夠抵御冷卻劑的沖擊。

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》還可通過改變流量分配裝置3流水孔的大小、數(shù)量、形狀和位置來調(diào)節(jié)冷卻劑進入堆芯前的分配效果和沿程阻力損失，以滿足鄰近組件的入口流量分配偏差允許值、最大平均流量等指標。

一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件專利目的

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、流量分配均勻、阻力系數(shù)小、便于維修和更換的反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件。

一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件技術(shù)方案

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》包容在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部，包括堆芯支承下板、流量分配裝置、支承柱、能量吸收裝置、防斷底板和渦流抑制板；其中，堆芯支承下板固定于堆芯底部，若干個支承柱安裝固定在堆芯支承下板的底部，堆芯支承下板底部同軸安裝固定有設(shè)有若干圓孔的流量分配裝置，堆芯支承下板上開流水孔，支承柱穿過流量分配裝置并與堆芯支承下板的底部固定連接，支承柱下端面水平固定連接渦流抑制板，渦流抑制板下部安裝固定有若干能量吸收裝置，能量吸收裝置下安裝固定防斷底板。

所述渦流抑制板下部安裝固定有4個能量吸收裝置。

所述流量分配裝置包括流量分配環(huán)板、與流量分配環(huán)板下部周向固定連接的分配底板、與分配底板上表面固定連接的加強柱，流量分配環(huán)板、分配底板通過整體鍛造或鍛環(huán)與板材焊接而成為一體，流量分配環(huán)板上表面與加強柱的上表面共面。

所述流量分配環(huán)板與分配底板形成的角度與壓力容器的下封頭內(nèi)表面輪廓匹配。

所述流量分配環(huán)板上設(shè)有若干凸部，凸部內(nèi)設(shè)有螺紋連接件沉孔。

所述流量分配環(huán)板的周向側(cè)壁上設(shè)有等直徑的圓孔，圓孔呈旋轉(zhuǎn)對稱布置。

所述流量分配環(huán)板凸部處通常不布置圓孔。

所述分配底板上均勻設(shè)有等直徑的小圓孔，小圓孔布置旋轉(zhuǎn)對稱，每一小圓孔均對應(yīng)堆芯支承下板上的4個流水孔。

所述分配底板上在支承柱穿過位置開有若干大圓孔，大圓孔比支承柱下端的法蘭直徑大，支承柱穿過大圓孔與堆芯支承下板固定連接，在大圓孔和支承柱間形成流水環(huán)段。

一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件改善效果

《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》通過流量分配裝置上設(shè)置合適大小、數(shù)量、形狀和位置的圓孔，實現(xiàn)了冷卻劑進入堆芯前很好的分配效果，減少了沿程阻力損失，滿足了鄰近組件的入口流量分配偏差允許值、最大平均流量等指標。

1.《一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件》包容在反應(yīng)堆壓力容器（1）內(nèi)部，其特征在于包括堆芯支承下板（2）、流量分配裝置（3）、支承柱（4）、能量吸收裝置（5）、防斷底板（6）和渦流抑制板（7）；其中，堆芯支承下板（2）固定于堆芯底部，若干個支承柱（4）安裝固定在堆芯支承下板（2）的底部，堆芯支承下板（2）底部安裝固定有設(shè)有若干圓孔的流量分配裝置（3），堆芯支承下板（2）上開流水孔，支承柱（4）穿過流量分配裝置（3）并與堆芯支承下板（2）的底部固定連接，支承柱（4）下端面水平固定連接渦流抑制板（7），渦流抑制板（7）下部安裝固定有若干能量吸收裝置（5），能量吸收裝置（5）下安裝固定防斷底板（6）；渦流抑制板（7）下部安裝固定有4個能量吸收裝置（5）；流量分配裝置（3）包括流量分配環(huán)板（8）、與流量分配環(huán)板（8）下部周向固定連接的分配底板（9）、與分配底板（9）上表面固定連接的加強柱（10），流量分配環(huán)板（8）、分配底板（9）通過整體鍛造或鍛環(huán)與板材焊接而成為一體，流量分配環(huán)板（8）上表面與加強柱（10）的上表面共面。

2.如權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于流量分配環(huán)板（8）與分配底板（9）形成的角度與壓力容器的下封頭內(nèi)表面輪廓匹配。

3.如權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于流量分配環(huán)板（8）上設(shè)有若干凸部（11），凸部（11）內(nèi)設(shè)有螺紋連接件沉孔。

4.如權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于流量分配環(huán)板（8）的周向側(cè)壁上設(shè)有等直徑的圓孔，圓孔呈旋轉(zhuǎn)對稱布置。

5.如權(quán)利要求3所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于流量分配環(huán)板（8）凸部（11）處不布置圓孔。

6.如權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于分配底板（9）上均勻設(shè)有等直徑的小圓孔（12），小圓孔（12）布置旋轉(zhuǎn)對稱，每一小圓孔（12）均對應(yīng)堆芯支承下板上的4個流水孔。

7.如權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件，其特征在于配底板（9）上在支承柱（4）穿過位置開有若干大圓孔（13），大圓孔（13）比支承柱（4）下端的法蘭直徑大，支承柱（4）穿過大圓孔（13）與堆芯支承下板（2）固定連接，在大圓孔（13）和支承柱（4）間形成流水環(huán)段。

功能

①可靠地支承、壓緊和準確地定位燃料組件及其相關(guān)組件；②為控制棒提升和下降提供導(dǎo)向，在事故工況下保證控制組件快速插入堆芯；③提供冷卻劑流道，引導(dǎo)冷卻劑進入堆芯，限制旁通流量和減少泄漏量；④合理分配進入堆芯的冷卻劑流量；⑤降低反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)表面所遭受的快中子注量；⑥為堆芯測量(包括溫度測量和中子注量率測量)部件提供支承和導(dǎo)向；⑦支承和固定反應(yīng)堆壓力容器材料輻照監(jiān)督裝置。

設(shè)計要求

堆內(nèi)構(gòu)件設(shè)計要滿足堆芯核設(shè)計、熱工水力、力學(xué)性能和變形等準則的要求。按反應(yīng)堆設(shè)計參數(shù)確定堆芯幾何形狀，實現(xiàn)燃料組件及其相關(guān)組件的合理布置，使占總流量90%以上的冷卻劑進入堆芯，并在堆芯中具有合理的流量分布，避免滯流區(qū)和產(chǎn)生強烈的流致振動。對堆內(nèi)構(gòu)件中所有的螺釘、螺母、定位銷等連接件，均需采取可靠的防松措施。在堆外設(shè)置松動件監(jiān)測系統(tǒng)，以便隨時監(jiān)測堆內(nèi)構(gòu)件中的連接件是否松動或脫落。結(jié)構(gòu)設(shè)計必須做到：在裝換料和反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)表面在役檢查時，能進行整體吊裝，并能實現(xiàn)遠距離安全吊裝。堆內(nèi)構(gòu)件的對中裝配，應(yīng)滿足控制棒驅(qū)動線的對中要求?？刂瓢魧?dǎo)向組件應(yīng)在冷、熱態(tài)驅(qū)動線靜、動水試驗中驗證其可行性和可靠性。堆內(nèi)構(gòu)件主體材料為奧氏體不銹鋼，部分材料為鎳基合金。

堆芯上部支承構(gòu)件

由壓緊板、支承筒、導(dǎo)向筒、堆芯上板、熱電偶接線柱和壓緊彈性環(huán)等構(gòu)成。支承筒上端與壓緊板、下端與堆芯上板構(gòu)成剛性結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向筒是使控制棒插入堆芯的導(dǎo)向組件，其上部由一定數(shù)量的具有與控制組件相同形狀的開孔法蘭和方筒組成。下部由若干根C形管和雙孔管通過法蘭焊接在一起。上下兩部分由中間法蘭連接成整體。堆芯上板上設(shè)有燃料組件定位銷和為導(dǎo)向筒定位的銷孔。在吊籃法蘭與壓緊板之間裝有Z形壓緊彈性環(huán)。當壓力容器頂蓋螺栓擰緊后，壓緊彈性環(huán)受到壓縮，以壓緊吊籃法蘭，同時通過堆芯上部支承構(gòu)件，將堆芯中所有的燃料組件壓緊，并補償熱態(tài)時熱膨脹引起的軸向差值。

堆芯下部支承構(gòu)件

由吊籃、圍板、下柵格組件和堆芯下部輔助支承構(gòu)成。吊籃上法蘭置于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)支承臺肩上，承受堆芯的全部重量，并通過四個均布的定位鍵與壓力容器筒體、頂蓋及上部支承構(gòu)件定位，保證反應(yīng)堆驅(qū)動線孔系的對中。吊籃筒體上配有出水接管與壓力容器的出水管密封環(huán)匹配，利用壓力容器和吊籃不同材料的熱膨脹差而達到熱態(tài)密封。下柵格組件由吊籃底板、流量分配板、堆芯下板和支承柱組成。在堆芯下板上設(shè)有燃料組件準確定位用的定位銷和一定數(shù)量的中子注量率測量管的孔道。在堆芯的外圍用不銹鋼板構(gòu)成的曲折形圍板，通過與其環(huán)向連接的輻板裝于吊籃筒體內(nèi)壁，將整個堆芯圍住，以保證大部分反應(yīng)堆冷卻劑通過堆芯。吊籃筒體壁、圍板和所有徑向的水隙都用來減弱中子對反應(yīng)堆壓力容器的輻照損傷。在吊籃底部還設(shè)有輔助支承(亦稱防斷支承)，吊籃跌落時，可依靠該輔助支承的緩沖器吸收吊籃跌落時的沖擊能量，避免反應(yīng)堆壓力容器受損，且可使控制棒仍保持在堆芯部位，不致于引入過大的反應(yīng)性。

堆芯測量支承結(jié)構(gòu)

由堆內(nèi)中子注量率測量、堆芯溫度測量的支承和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)組成。探測器一般從反應(yīng)堆壓力容器頂蓋上進入堆芯或從反應(yīng)堆壓力容器底部進入堆芯。如果中子注量率探測器由底部進入堆芯，則探測器穿過反應(yīng)堆壓力容器下封頭接管進入堆內(nèi)，經(jīng)過輔助支承中的注量率測量導(dǎo)管和下柵格組件上的支承柱導(dǎo)管，最終進入燃料組件的注量率測量導(dǎo)向管中。堆內(nèi)溫度測量用的熱電偶，由堆芯上部支承構(gòu)件的熱電偶接線柱引出至壓緊頂板上匯集成幾束，然后穿過反應(yīng)堆壓力容器頂蓋上的溫度測量管座引向堆外，直至二次儀表。

本標準規(guī)定了壓水堆核電廠反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件（以下簡稱“堆內(nèi)構(gòu)件”）材料、設(shè)計、制造和試驗等方面的基本要求。本標準適用于壓水堆核電廠反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計和制造。