一种堆叠型流量分配装置及分配结构

技术领域

本发明涉及核反应堆堆内构件技术领域，具体涉及一种堆叠型流量分配装置及分配结构。

背景技术

为满足反应堆热工水力的要求，提升反应堆整体性能，进入堆芯的冷却剂要求分配均匀，当不满足均匀性要求时常需要设置流量分配装置。反应堆下腔室空间有限，构件的安装、检修比较困难，因而在满足流量分配的前提下，应尽量简化结构，提高稳定性和可靠性。国内、外目前运行的核电二代和二代改进型反应堆，堆芯测量均由压力容器下封头引出，在下腔室设置了二次支承结构。第三代反应堆堆芯测量由压力容器上封头引出，在很大程度上简化了反应堆下腔室结构。二代改进型反应堆没有设置流量分配结构，反应堆下腔室结构及流场都比较复杂，流致振动影响了结构的稳定性。第三代压水堆有的保留了二次支承结构，设置了涡流抑制板组件以实现了冷却剂流量的初次分配，其下腔室结构仍然较为复杂，二次支承结构需要现场安装，安装检修都比较困难。

涡流抑制板组件虽然能够在一定程度上缓解堆芯入口冷却剂分配不均匀的问题，但是堆芯入口冷却剂的均匀性仍然较差，且二次支承结构和涡流抑制板组件结构复杂，为了实现提高堆芯入口冷却剂分配均匀性的问题，需要额外再增加了流量分配结构，会导致结构更为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种堆叠型流量分配装置及分配结构，解决现有反应堆堆内构件导致堆芯入口流量分配不均且结构复杂的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种堆叠型流量分配装置，包括压力容器、堆芯下支承板和吊篮组件，所述堆芯下支承板和吊篮组件置于压力容器内，所述吊篮组件安装在堆芯下支承板上，所述吊篮组件和压力容器之间形成环形的下降腔，所述压力容器内在堆芯下支承板下方形成下腔室，所述堆芯下支承板上设置有若干均匀布置的通孔，还包括堆叠型流量分配板，所述堆叠型流量分配板安装在下腔室内堆芯下支承板下方，所述堆叠型流量分配板上设置有若干与堆芯下支承板上通孔配合的流量分配孔，所述流量分配孔在竖直方向贯穿堆叠型流量分配板，所述流量分配孔包括上部的直孔和下部的锥孔，所述锥孔的上锥圆直径直接大于下锥圆直径，所述堆叠型流量分配板中心的锥孔沿着径向向外至堆叠型流量分配板外侧的锥孔的上锥圆直径和下锥圆直径均呈逐渐增大的趋势。

申请人在长期试验中发现，导致堆芯入口流量分配不均的原因主要有以下两点：

1)、根据反应堆的结构特点和堆内冷却剂流动的特性，堆芯入口流量分布呈现中心高边缘低的趋势，该趋势的原因为由于冷却剂惯性，冷却剂具有沿反应堆压力容器底部下腔室的内壁面下降、并向下腔室中央流动的趋势，冷却剂流动的这种趋势导致冷却剂流量在堆芯入口的中间部位的分布多于堆芯入口周边部分。

2)、此外，冷却剂从环形下降腔进入下腔室时，流道尺寸发生急剧的变化，因此在下腔室产生大量涡流，产生的涡流一方面使能耗增大，导致流量进一步分布不均匀另一方面涡流脱落导致螺栓等零部件振动，使零部件有松动脱落的潜在危险。

涡流抑制板组件虽然能够在一定程度上缓解堆芯入口冷却剂分配不均匀的问题，但是堆芯入口冷却剂的均匀性仍然较差，且二次支承结构和涡流抑制板组件结构复杂，为了实现提高堆芯入口冷却剂分配均匀性的问题，需要额外再增加了流量分配结构，会导致结构更为复杂。

本发明通过在下降室内设置堆叠型流量分配板，冷却剂在流动过程中撞击到堆叠型流量分配板使得流动方向发生改变，堆叠型流量分配板阻断了漩涡的完整流线，可抑制涡流的产生；冷却剂依次进入堆叠型流量分配板上的流量分配孔，由于堆叠型流量分配板上的若干通孔的尺寸不一致，锥孔锥圆直径和下锥圆直径从堆叠型流量分配板的中心向外按照适当比例依次递增，当冷却剂由下降腔进入下腔室后，高流速流的冷却剂在经过堆叠型流量分配板以后，其流动方向由中央区域堆积变化为向边角区域的水孔流动，从而使得边角区域流水孔获得相对更多的流量，进而使得堆芯下支承板的流水通道处原来不均匀的流量分配得到有效改善，即能够缓解因堆芯入口冷却剂流量分布呈现中心高边缘低的趋势，提高堆芯入口冷却剂流量的均匀性。

即本发明所述堆叠型流量分配板能够同时实现涡流抑制板组件和流量分配结构的功能，极大简化了结构，同时合理布局流量分配孔的结构和尺寸，提高了堆芯入口冷却剂流量的均匀性。

在本发明中，进入堆芯的流量均匀分配的首要条件是从流量分配板各孔道出口流出的流量相等，根据流体力学连续性方程：通过管内任何一个通流截面上的流量相等，则流量分配板各孔道出口的流量相等的必要条件是流量分配板各孔道进入的流量相等。而查询现有研究资料得知，现有流量分配板上的孔径大小一致情况下，其流量分配效果为由中心位置至边缘位置分配的流量依次递减，根据流量公式Q＝AV，若通流面积A相同，则中间流量较多主要是由于中间压强大、流速较快，进而单位时间内产生的流量较多。现根据以上分析，要实现流量分配板各孔道进入的流量相等，只需要在流量分配板入口处通流面积按照一定比例关系从中间向四周依次变大，具体的比例关系可以根据流量分配板孔径一致情况下仿真得出的由中心位置至边缘位置分配的流量依次递减的结果，找出其流量与流通面积的最佳比例关系，进而设计出最优流通性能，最佳分配效果的流量分配板。在此整体性规律的基础上，也可对每一行每一列的每一个通流孔进行恰当的通流面积设计，以精确达到在整个通流面积上每个通流孔出口流量基本相同，其目的就是确保中间流速过大的地方通流面积较小，以实现整个流量分配板各个出口流量相等，进而实现流量均分。

进一步地，直孔的大小刚好覆盖每组燃料组件在堆芯下支承板上对应的四个通孔。

若流量分配板上部直孔和每组燃料组件在堆芯下支承板上对应的四个通孔不对应，也就是上述所说的不覆盖，则又会引起已经分配基本均匀的流量再次不均匀。

进一步地，若干直孔的内径一致，若干锥孔的锥度一致。

上述设置便于加工，

进一步地，锥孔的上锥圆直径和直孔的内径一致。

进一步地，堆叠型流量分配板的上表面为平面或凹面或凸面，所述直孔的方向与堆叠型流量分配板的上表面垂直或沿凹面或凸面的法向。

进一步地，堆叠型流量分配板的下表面为平面或凹面或凸面，所述锥孔的方向与堆叠型流量分配板的下表面垂直或沿凹面或凸面的法向。

进一步地，直孔的上部设置有圆角，所述锥孔的下部设置有圆角。

进一步地，堆叠型流量分配板与下腔室内壁可拆卸式连接。

堆叠型流量分配板可以采用旋转镶嵌或通过螺栓或通过焊接固定在下腔室内壁。

进一步地，堆叠型流量分配板的外壁设置有多个凸出块，所述下腔室内壁内设置有多个堆芯径向支撑件，所述堆芯径向支撑件上设置有与凸出块配合的卡槽。

进一步地，卡槽采用L形开口，所述L形开口的2个开端分别指向下腔室的径向和周向。

一种堆叠型流量分配结构，包括堆叠型流量分配板，所述堆叠型流量分配板上设置有若干流量分配孔，所述流量分配孔在竖直方向贯穿堆叠型流量分配板，所述流量分配孔包括上部的直孔和下部的锥孔，所述锥孔的上锥圆直径直接大于下锥圆直径，所述堆叠型流量分配板中心的锥孔沿着径向向外至堆叠型流量分配板外侧的锥孔的上锥圆直径和下锥圆直径均呈逐渐增大的趋势。

使用时将堆叠型流量分配板装在下腔室内堆芯下支承板下方。

综上，本发明在实现反应堆下腔室冷却剂流量分配的基础上，在结构上进行了极大的简化。为堆芯测量由压力容器上封头引入的压水型反应堆，提供一种具有通用性，结构极为简单，经济性好、实用安全可靠的反应堆下腔室流量分配器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过下部锥孔和上部直孔对冷却剂进行均匀分配，克服了堆芯入口区域流量分配不均匀现象，分配效果明显且满足热工水力要求。

2、本发明大大简化了反应堆下腔室复杂的流量分配结构，提高了结构的稳定性、降低了成本和装配的复杂度。

3、本发明锥孔的锥度相同，一种刀具即可实现不同直径入水口的加工，加工简单、经济及方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为流量分配装置的结构示意图；

图2为堆叠型流量分配板的俯视图；

图3为堆芯径向支撑件的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-堆芯下支承板；2-堆芯径向支撑件；3-凸出块；4-堆叠型流量分配板；5-压力容器；6-吊篮组件；7-下降腔；8-下腔室；9-流量分配孔；10-卡槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1-图3所示，一种堆叠型流量分配装置，包括压力容器5、堆芯下支承板1和吊篮组件6，所述堆芯下支承板1和吊篮组件6置于压力容器5内，所述吊篮组件6安装在堆芯下支承板1上，所述吊篮组件6和压力容器5之间形成环形的下降腔7，所述压力容器5内在堆芯下支承板1下方形成下腔室8，所述堆芯下支承板1上设置有若干均匀布置的通孔，还包括堆叠型流量分配板4，所述堆叠型流量分配板4安装在下腔室8内堆芯下支承板1下方，所述堆叠型流量分配板4上设置有若干与堆芯下支承板1上通孔配合的流量分配孔9，所述流量分配孔9在竖直方向贯穿堆叠型流量分配板4，所述流量分配孔9包括上部的直孔和下部的锥孔，所述锥孔的上锥圆直径直接大于下锥圆直径，所述堆叠型流量分配板4中心的锥孔沿着径向向外至堆叠型流量分配板4外侧的锥孔的上锥圆直径和下锥圆直径均呈逐渐增大的趋势，即堆叠型流量分配板4上的若干通孔的尺寸不一致，锥孔锥圆直径和下锥圆直径从堆叠型流量分配板4的中心向外按照适当比例依次递增，所述直孔的大小刚好覆盖每组燃料组件在堆芯下支承板1上对应的四个通孔，即以每组燃料组件中心轴为轴，对应每组燃料组件在堆叠型流量分配板4上设有一流量分配孔9，堆叠型流量分配板4上每一横排的流量分配孔9的圆心位于同一直线上，每一流量分配孔9的圆心位于同一直线上，所述堆叠型流量分配板4的上表面为平面，所述直孔的方向与堆叠型流量分配板4的上表面垂直，所述堆叠型流量分配板4的下表面为凸面，所述锥孔的方向沿堆叠型流量分配板4的下表面法向。

本实施例的工作原理如下：

先将堆芯安放于堆芯下支承板1顶部吊篮组件6内侧，向吊篮组件6与压力容器5内壁之间的下降腔7内通入冷却剂，冷却剂沿压力容器5的内壁进行流动，由于设置的堆叠型流量分配板4，冷却剂在流动过程中撞击到堆叠型流量分配板4使得流动方向发生改变，堆叠型流量分配板4阻断了漩涡的完整流线，可抑制涡流的产生；冷却剂依次进入堆叠型流量分配板4上的流量分配孔9，由于堆叠型流量分配板4上的若干通孔的尺寸不一致，锥孔锥圆直径和下锥圆直径从堆叠型流量分配板4的中心向外按照适当比例依次递增，冷却剂由下降腔7进入下腔室8后，高流速流的冷却剂在经过堆叠型流量分配板4以后，其流动方向由中央区域堆积变化为向边角区域的水孔流动，从而使得边角区域流水孔获得相对更多的流量，进而使得堆芯下支承板1的流水通道处原来不均匀的流量分配得到有效改善，能够缓解因堆芯入口冷却剂流量分布呈现中心高边缘低的趋势，提高堆芯入口冷却剂流量的均匀性。

实施例2：

如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，若干直孔的内径一致，若干锥孔的锥度一致；所述锥孔的上锥圆直径和直孔的内径一致，所述直孔的上部设置有圆角，所述锥孔的下部设置有圆角。

在本实施例中，为了同时满足若干锥孔的锥度一致且堆叠型流量分配板4上的若干通孔的尺寸不一致，锥孔锥圆直径和下锥圆直径从堆叠型流量分配板4的中心向外按照适当比例依次递增，可以通过调整直孔或锥孔的竖直高度即可，例如：当直孔的竖直高度一致，将堆叠型流量分配板4的下表面为凸面，即设置在堆叠型流量分配板4中心的锥孔的竖直高度大于设置堆叠型流量分配板4外侧的锥孔的竖直高度，且由中心到外侧沿着径向锥孔的竖直高度呈递减趋势，在锥度一致的情况下，堆叠型流量分配板4中心的锥孔的下锥圆直径最小，堆叠型流量分配板4外侧的锥孔的下锥圆直径最大。

实施例3：

如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，与实施例的区别在于：

堆叠型流量分配板4的上表面和下表面均为平面结构，为了实现为了同时满足若干锥孔的锥度一致且堆叠型流量分配板4上的若干通孔的尺寸不一致，锥孔锥圆直径和下锥圆直径从堆叠型流量分配板4的中心向外按照适当比例依次递增，将堆叠型流量分配板4中心的直孔的竖直高度设置为最小，直孔的竖直高度由中心向外递增，由于若干流量分配孔9的高度一致，即锥孔的竖直高度由中心向外递减，在锥度一致的情况下，堆叠型流量分配板4中心的锥孔的下锥圆直径最小，堆叠型流量分配板4外侧的锥孔的下锥圆直径最大。

实施例4：

如图1-图3所示，本实施例基于实施例1，所述堆叠型流量分配板4的外壁设置有多个凸出块3，所述下腔室8内壁内设置有多个堆芯径向支撑件2，所述堆芯径向支撑件2上设置有与凸出块3配合的卡槽10；所述卡槽10采用L形开口，所述L形开口的2个开端分别指向下腔室8的径向和周向。

在本实施例中，不仅实现了堆叠型流量分配板4采用径向支承键与下腔室8内壁可拆卸式连接，且具有操纵方便的优点，具体地：

由于卡槽10采用L形开口，所述L形开口的2个开端分别指向下腔室8的径向和周向，在使用时，将堆叠型流量分配板4放入下腔室8内，堆叠型流量分配板4外径等于2个对称的堆芯径向支撑件2之间的间距，凸出块3与堆芯径向支撑件2在径向上具有重叠部分，周向转动堆叠型流量分配板4即可实现将凸出块3卡入卡槽10内，取出时直接反方向周向转动堆叠型流量分配板4即可。

实施例5：

如图1-图3所示，一种堆叠型流量分配结构，包括堆叠型流量分配板4，所述堆叠型流量分配板4上设置有若干流量分配孔9，所述流量分配孔9在竖直方向贯穿堆叠型流量分配板4，所述流量分配孔9包括上部的直孔和下部的锥孔，所述锥孔的上锥圆直径直接大于下锥圆直径，所述堆叠型流量分配板4中心的锥孔沿着径向向外至堆叠型流量分配板4外侧的锥孔的上锥圆直径和下锥圆直径均呈逐渐增大的趋势

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。