管板式双流程超临界水冷堆.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103117097 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103117097 A *CN103117097A* (21)申请号 201310042955.9 (22)申请日 2013.02.04 G21C 5/14(2006.01) G21C 5/02(2006.01) G21C 15/02(2006.01) (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成都市一环路南三段 28 号 (72)发明人 张宏亮 罗英 李满昌 方才顺 李翔 周禹 刘晓 范恒 王留兵 陈训刚 何培峰 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 ( 普通合伙 。

2、) 51220 代理人 谭新民 (54) 发明名称 管板式双流程超临界水冷堆 (57) 摘要 本发明公布了管板式双流程超临界水冷堆， 包括压力容器、 吊篮筒体、 进口接管、 出口接管， 在 吊篮筒体内安装有上支承组件、 堆芯上板、 以及下 管板， 在下管板上方安装有与下管板平行的堆芯 下板， 在上支承组件上安装有多个控制棒导向组 件， 在堆芯下板与堆芯上板之间安装有多个一流 程燃料组件和二流程燃料组件， 其中一流程燃料 组件经过连通管与压力容器的底部空腔连通， 堆 芯下板和下管板之间形成的密闭空腔与二流程燃 料组件连通。本发明出口热套管结构实现了超临 界态出口水与反应堆压力容器内壁的隔离， 使。

3、得 压力容器可以在现有材料的基础上开展设计 ； 堆 内构件的设计实现了超临界水冷堆内的双流程冷 却剂循环， 提供了清晰的流程通道及合理的流场 分配。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103117097 A CN 103117097 A *CN103117097A* 1/1 页 2 1. 管板式双流程超临界水冷堆， 包括由依次相连的顶盖 （1） 、 上部筒体 （2） 、 堆芯段筒 体 （3） 、 以及下封头 （4） 构成的压力容器，。

4、 在压力容器内安装有吊篮筒体 （5） ， 在压力容器上 部筒体 （2） 侧壁设置有进口接管 （16） 和出口接管 （17） ， 在出口接管 （17） 内安装有与吊篮 筒体 （5） 内部连通的出口热套管 （18） ， 其特征在于 ： 在所述吊篮筒体 （5） 上部开口端、 中部、 下端开口端分别安装有上支承组件 （6） 、 堆芯上板 （7） 、 以及下管板 （8） ， 在下管板 （8） 上方 安装有与下管板 （8） 平行的堆芯下板 （9） ， 在上支承组件 （6） 上安装有多个控制棒导向组件 （10） ， 在堆芯下板 （9） 与堆芯上板 （7） 之间安装有多个一流程燃料组件 （20） 和二流程燃料。

5、 组件 （21） ， 其中一流程燃料组件 （20） 经过连通管 （11） 与压力容器的底部空腔连通， 堆芯下 板 （9） 和下管板 （8） 之间形成的密闭空腔与二流程燃料组件 （21） 连通。 2.根据权利要求1所述的管板式双流程超临界水冷堆， 其特征在于 ： 在下封头 （4） 上设 置有径向支撑块 （13） ， 所述吊篮筒体 （5） 位于在径向支撑块 （13） 上部， 所述上支承组件 （6） 通过弹簧 （12） 固定在吊篮筒体 （5） 与顶盖 （1） 之间。 3. 根据权利要求 1 所述的管板式双流程超临界水冷堆， 其特征在于 ： 在所述上支承组 件 （6） 与堆芯上板 （7） 之间安装有支。

6、承柱 （14） 。 4. 根据权利要求 1 至 3 中任意一项所述的管板式双流程超临界水冷堆， 其特征在于 ： 所述一流程燃料组件 （20） 的顶部为窗式上管座 （15） ， 窗式上管座 （15） 安装在堆芯上板 （7） 下方， 在窗式上管座 （15） 的侧壁上设置有通孔。 5. 根据权利要求 4 所述的管板式双流程超临界水冷堆， 其特征在于 ： 在所述吊篮筒体 （5） 内设置有密封支承环 （19） ， 所述堆芯上板 （7） 安装在密封支承环 （19） 上。 权 利 要 求 书 CN 103117097 A 2 1/4 页 3 管板式双流程超临界水冷堆 技术领域 0001 本发明涉及核工业中的。

7、反应堆结构， 具体是指管板式双流程超临界水冷堆。 背景技术 0002 超临界水冷堆 （SCWR） 是以水为冷却剂， 出口水状态在临界点 （374， 22.1MPa） 之 上的一种反应堆。由于运行参数较高， 综合考虑到现有材料、 制造水平等方面的限制， 超临 界水冷堆多设计为多流程结构。欧盟的超临界水冷堆 HPLWR 设计为三流程结构， 该反应堆 主要由反应堆压力容器、 吊篮组件、 下部搅混腔、 出口蒸汽腔、 出口接管结构、 控制棒导向组 件、 燃料组件等部分组成。 0003 但是， 目前上述的超临界水冷堆的三流程结构， 为了实现堆芯冷却剂的有效加热 以及慢化剂和冷却剂的有效分流， 沿堆芯径向自。

8、里向外依次划分为 3 个区， 中心区域为第 1 流程， 中间区域为第 2 流程， 外围区域为第 3 流程， 冷却剂在第 1 流程向上流， 在第 2 流程向 下流， 在第 3 流程向上流。为了完成三流程的冷却剂流道， 堆内构件设计了十分复杂的结构 形式来满足物理、 热工水力的需要， 使得堆内构件设计难度十分艰巨， 零部件数量众多， 制 造、 安装、 检修困难， 结构的稳定性和可靠性都不是很好。 0004 日本、 美国、 俄罗斯等国家也开展了超临界水冷堆的相关研究， 其初步设计方案都 考虑采用双流程结构， 但在工程设计上都未能解决较好平衡慢化剂冷却剂有效分流、 减少 结构材料， 以及提高结构设计工。

9、程制造可行性等关键技术问题 ； 而且也没有进入到实质性 的结构设计中， 其理论结构不具备工程适应性， 不适用于实际工程 发明内容 0005 本发明的目的在于提供管板式双流程超临界水冷堆， 解决了慢化剂冷却剂有效分 流、 减少结构材料， 将设计结构具体化、 工程化。 0006 本发明的目的通过下述技术方案实现 ： 管板式双流程超临界水冷堆， 包括由依次相连的顶盖、 上部筒体、 堆芯段筒体、 以及下 封头构成的压力容器， 在压力容器内安装有吊篮筒体， 在压力容器上部筒体侧壁设置有进 口接管和出口接管， 在出口接管内安装有与吊篮筒体内部连通的出口热套管， 在所述吊篮 筒体上部开口端、 中部、 下端开。

10、口端分别安装有上支承组件、 堆芯上板、 以及下管板， 在下管 板上方安装有与下管板平行的堆芯下板， 在上支承组件上安装有多个控制棒导向组件， 在 堆芯下板与堆芯上板之间安装有多个一流程燃料组件和二流程燃料组件， 其中一流程燃料 组件经过连通管与压力容器的底部空腔连通， 堆芯下板和下管板之间形成的密闭空腔与二 流程燃料组件连通。本发明的超临界水冷堆采用顶盖、 上部筒体、 堆芯段筒体、 以及下封头 的四段式结构构成反应堆压力容器， 在压力容器内安装固定的吊篮筒体， 通过在吊篮筒体 内安装上支承组件、 堆芯上板、 堆芯下板、 下管板的方式， 将压力容器分成五个功能不同的 空间， 在吊篮筒体和上支承组。

11、件的顶部轴向上设置有方形孔， 从进口接管进入的冷却水分 成两个部分， 其中较少的一部分从吊篮筒体和上支承组件的顶部轴向上的方形孔流入上腔 说 明 书 CN 103117097 A 3 2/4 页 4 室， 然后作为慢化剂从控制棒导向组件的侧部入口进入并自上而下流动进入一流程燃料组 件和二流程燃料组件内的慢化剂通道 ； 另外大部分的水沿反应堆压力容器的内壁与吊篮筒 体之间的环腔流入下腔室， 然后从连通管进入到一流程燃料组件的底部并自下而上流动进 入到一流程燃料组件内， 从一流程燃料组件的顶部侧部出口流出然后在一流程燃料组件与 二流程燃料组件之间的间隙内向下流动， 通过堆芯下板上的流量调节孔进入到。

12、堆芯下板与 下管板之间的空腔内， 然后从二流程燃料组件的底部入口进入二流程燃料组件， 最后穿出 堆芯上板， 通过出口接管内的出口热套管排出， 实现了反应堆冷却剂循环 ； 上支承组件放置 在吊篮筒体上部法兰上， 堆芯上板压在密封支承环上形成密封， 实现入口水与堆芯区域的 隔离， 同时压紧燃料组件 ； 下管板和堆芯下板组成的管板式结构， 作为实现一、 二流程冷却 剂流道分离的关键结构， 一流程燃料组件与二流程燃料组件内设置有独立的慢化剂通道和 冷却剂通道， 实现了冷却剂和慢化剂的分流， 本发明巧妙的冷却剂流程设计， 成功降低了堆 内构件的复杂程度， 在满足总体性能 （物理、 热工水力） 的基础上，。

13、 具有结构更简单， 有一定 的工程实践基础。 0007 在下封头上设置有径向支撑块， 所述吊篮筒体位于在径向支撑块上部， 所述上支 承组件通过弹簧固定在吊篮筒体与顶盖之间。在下封头上设置有径向支承块， 吊篮筒体下 部周向和径向限位通过径向支承块实现， 所述上支承组件通过弹簧固定在吊篮筒体与顶盖 之间。径向支承块用于实现对吊篮筒体的径向和轴向限位， 同时在发生吊篮筒体意外跌落 时的二次支承， 防止其冲击下封头， 径向支承块以下部分构成最下端的混合腔室， 用于混合 慢化剂和冷却水， 使得进入一流程燃料组件的冷却水温度均匀， 在弹簧的压力作用下， 可以 保持吊篮筒体与压力容器之间的位置关系稳定。 0。

14、008 在所述上支承组件与堆芯上板之间安装有支承柱。进一步讲， 为了保持上支承组 件与堆芯上板之间的位置稳定性， 避免其变形， 可以在上支承组件与堆芯上板之间安装支 承柱， 支承柱的两端用螺栓固定好， 使得上支承组件与堆芯上板之间的距离和位置关系得 以保持。 0009 所述一流程燃料组件的顶部为窗式上管座， 窗式上管座安装在堆芯上板下方， 在 窗式上管座的侧壁上设置有通孔。 具体地讲， 为了便于一流程燃料组件顶部冷却水的折流， 一流程燃料组件的顶部为窗式上管座， 窗式上管座整体上由一个圆筒形侧壁与圆盘形端面 构成， 安装在堆芯上板下方， 形成空腔， 一流程燃料组件的开口穿过端面并与该空腔连通，。

15、 在圆筒状侧壁上设置有流水孔， 冷却剂从流水孔内流出后， 进入到二流程燃料组件和一流 程燃料组件之间的间隙内， 在重力和驱动压头作用下向下流动， 并进入到二流程燃料组件 内， 通过设置对称窗式上管座， 可以使得冷却水的折流方向较为均匀， 混合的效果最好。 0010 在所述吊篮筒体内设置有密封支承环， 所述堆芯上板安装在密封支承环上。进一 步讲， 通过设置密封支承环， 实现上、 下部堆内构件的密封， 亦即一、 二流程出口冷却剂的密 封。 0011 本发明与现有技术相比， 具有如下的优点和有益效果 ： 1 本发明管板式双流程超临界水冷堆， 出口热套管结构的设计实现了超临界态出口水 与反应堆压力容器。

16、内壁的隔离， 使得压力容器可以在现有材料的基础上开展设计 ； 2 本发明管板式双流程超临界水冷堆， 堆内构件的设计实现了超临界水冷堆内的双流 程冷却剂循环， 提供了清晰的流程通道及合理的流场分配 ； 说 明 书 CN 103117097 A 4 3/4 页 5 3 本发明管板式双流程超临界水冷堆， 下管板和堆芯下板组成的管板式结构， 作为实现 一、 二流程冷却剂流道分离的关键结构， 一流程燃料组件与二流程燃料组件内设置有独立 的慢化剂通道和冷却剂通道， 实现了冷却剂和慢化剂的分流， 本发明巧妙的冷却剂流程设 计， 成功降低了堆内构件的复杂程度， 在满足总体性能 （物理、 热工水力） 的基础上，。

17、 具有结 构更简单， 有一定的工程实践基础。 附图说明 0012 图 1 为本发明结构示意图。 0013 附图中标记及相应的零部件名称 ： 1- 顶盖， 2- 上部筒体， 3- 堆芯段筒体， 4- 下封头， 5- 吊篮筒体， 6- 上支承组件， 7- 堆芯 上板， 8- 下管板， 9- 堆芯下板， 10- 控制棒导向组件， 11- 连通管， 12- 弹簧， 13- 径向支撑块， 14- 支承柱， 15- 窗式上管座， 16- 进口接管， 17- 出口接管， 18- 出口热套管， 19- 密封支承 环， 20- 一流程燃料组件， 21- 二流程燃料组件， 22- 控制棒驱动机构管座。 具体实施方。

18、式 0014 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明， 但本发明的实施方式不限于此。 实施例 0015 如图 1 所示， 本发明管板式双流程超临界水冷堆， 由顶盖 1、 上部筒体 2、 堆芯段筒 体 3、 以及下封头 4 自上而下依次连接构成反应堆压力容器， 在下封头 4 内侧设置有径向 支撑块 13， 径向支撑块 13 上设置有多个孔， 在径向支撑块 13 上安装有吊篮筒体 5， 吊篮筒 体 5 的顶部安装有上支承组件 6， 上支承组件 6 的顶部为连接法兰， 上支承组件 6 将反应堆 压力容器内部分隔成上、 下两个空腔， 在法兰与顶盖 1 之间安装有弹簧 12， 该弹簧为压紧弹 簧， 用。

19、于固定吊篮筒体的位置， 在吊篮筒体的顶部轴向上设置有通孔， 该通孔将上支承组件 6 将反应堆压力容器内部分隔成的上、 下两个空腔连通 ； 在吊篮筒体 5 中部内侧设置有密封 支承环 19， 在密封支承环 19 上方安装有堆芯上板 7， 堆芯上板 7 与上支承组件 6 之间形成 出水空腔， 该空腔的侧壁上设置有出水口， 在对应的上部筒体 2 上开设有出口接管 17， 出口 接管内安装有出口热套管 18， 出口热套管 18 连接在出水口上并用紧固件固定 ； 在堆芯上板 7 与上支承组件 6 之间设置有多个支承柱 14， 支承柱 14 起到加强连接的作用， 在堆芯上板 7的下方中部位置安装有一流程燃。

20、料组件20， 一流程燃料组件20的顶部为对称窗式上管座 15， 窗式上管座 15 安装在堆芯上板 7 下方， 在窗式上管座 15 的侧壁上设置有通孔， 在一流 程燃料组件 20 下方的吊篮筒体 5 内设置有堆芯下板 9， 在堆芯下板 9 下方设置有下管板 8， 堆芯下板 9 与下管板 8 之间相互平行并与吊篮筒体 5 形成密闭的折流腔 ； 在上支承组件上 安装有控制棒导向件10， 控制棒导向件10的顶部安装在控制棒驱动机构管座22上， 控制棒 驱动机构管座 22 穿出顶盖 1， 控制棒导向件 10 穿过上支承组件 6 并连接在堆芯上板 7 上， 位于上支承组件 6 以上位置的控制棒导向件 10。

21、 具有进水口， 控制棒导向件 10 与一流程燃 料组件 20 连接， 一流程燃料组件 20 顶部穿过窗式上管座 15 并固定， 在窗式上管座 15 外部 的空间内安装有二流程燃料组件 21， 二流程燃料组件 21 的冷却通道连接出水腔与下部的 折流腔 ； 在下管板 8 上设置有多个通孔， 该通孔通过连通管 11 与堆芯下板 9 上的一流程燃 说 明 书 CN 103117097 A 5 4/4 页 6 料组件连通， 在堆芯下板 9 上设置有多个流道孔， 流道孔将折流腔与堆芯下板的上部空腔 连通。 0016 从进口接管16进入的冷却水分成两个部分， 其中较少的一部分从吊篮筒体5和上 支承组件6的。

22、顶部轴向上的方形孔流入上腔室， 然后作为慢化剂从控制棒导向组件10的侧 部入口进入并自上而下流动进入一流程燃料组件 20 和二流程燃料组件 21 内的慢化剂通 道 ； 另外大部分的水沿反应堆压力容器的内壁与吊篮筒体 5 之间的环腔流入下腔室， 然后 从连通管进入到一流程燃料组件 20 的底部并自下而上流动进入到一流程燃料组件 20 内， 从一流程燃料组件20的顶部侧部出口流出然后在一流程燃料组件20与二流程燃料组件21 之间的间隙内向下流动， 通过堆芯下板 9 上的流量调节孔进入到堆芯下板 9 与下管板 8 之 间的折流腔内， 然后从二流程燃料组件 21 的底部入口进入二流程燃料组件 21， 最后穿出堆 芯上板 7， 通过出口接管内 17 的出口热套管 18 排出， 实现了反应堆冷却剂循环。 0017 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例， 并非对本发明做任何形式上的限制， 凡是依 据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化， 均落入本发明的保 护范围之内。 说 明 书 CN 103117097 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103117097 A 7 。