一种基于穹顶结构的压水型反应堆内流量分配装置的制作方法

本发明涉及核电技术领域，特别是一种基于穹顶结构的压水型反应堆内流量分配装置。

背景技术：

核电站的压水型反应堆由反应堆压力容器、堆内构件、堆芯组件等部件组成。堆内构件、压力容器内壁和燃料组件结构构成冷却剂流动的通道。冷却剂分别由冷管段和热管段从反应堆压力容器的入口流入，通过撞击吊篮外壁改变流动方向，在重力的作用下大部分冷却剂向下流动，与其它冷却剂混合；由于两种温度进水管段的存在，导致冷却剂的流动不具有对称性，流动情况较复杂，最终导致堆芯入口的流量分配不均匀。堆芯入口的流量分配是反应堆水力性能的一项重要指标，影响堆内功率峰值因子和堆芯功率分布的变化，决定了堆内临界热流密度和热管因子。堆芯入口处的流量一旦分配不均匀，会影响堆芯内的热工水力行为，进而影响核电站的运行限值；流量分配不均匀还会导致堆芯冷却不充分，堆芯较大的局部温度变化会给反应堆安全运行带来隐患。

根据反应堆的结构特点和堆内流体流动的特性，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：由于流体惯性，流体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。

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。

现有流量分配结构一般是通过在堆芯下支承板安装多种零件配合作用，但存在结构复杂、零件数量多、装配复杂、出问题不容易检修更换等问题；也存在流量分配不均匀、压降过大、漩涡消除不完全等不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、消除涡流效果好、搅混效果好、流量分配均匀、替代原有的支撑柱装配的基于穹顶结构的压水型反应堆内流量分配装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于穹顶结构的压水型反应堆内流量分配装置，它包括压力容器、堆芯下支承板、穹顶结构、立体均流板以及能量吸收装置，所述穹顶结构设置于压力容器的下腔室内，穹顶结构由多根板状的纵向消涡板、多圈横向消涡板和法兰盘组成，位于横向消涡板之间且沿横向消涡板的圆周方向分布有多个纵向消涡板，每圈横向消涡板的外侧均设置有导向锥面，各圈横向消涡板的导向锥面的锥角由下往上依次递减，穹顶结构通过位于其顶部的法兰盘与堆芯下支承板相连接；所述立体均流板设置于纵向消涡板和横向消涡板所围成的区域内，立体均流板中部设置有弯折面且其上分布有数个流水孔；所述能量吸收装置位于穹顶结构靠近压力容器下腔室底部且固设于最底圈横向消涡板和纵向消涡板交叉处；所述堆芯下支承板的顶部固连有吊篮。

所述的横向消涡板下边缘上且沿横向消涡板的圆周方向分布有多个插接槽a。

所述的纵向消涡板上且沿其长度方向间隔设置有多个插接槽b，插接槽b卡于插接槽a内。

所述的法兰盘与堆芯下支承板经螺钉螺纹连接。

所述的法兰盘焊接于堆芯下支承板上。

所述的立体均流板的外边缘上且沿立体均流板的圆周方向设置有多个止口。

所述的立体均流板的止口与纵向消涡板的插接槽b配合。

所述的横向消涡板和纵向消涡板的壁厚均为20~100mm。

本发明具有以下优点：

（1）本发明的每圈横向消涡板的外侧均设置有导向锥面，各圈横向消涡板的导向锥面的锥角由下往上依次递减，横向消涡板上的导向锥面将冷却剂朝堆芯入口的边缘导流，从而缓解了堆芯入口处流量中间分配多而周围分配少的趋势。

（4）本发明中穹顶结构的纵向消涡板和横向消涡板均能够对冷却剂进行切割，阻断漩涡的完整流线，达到消除涡流的目的。

（2）穹顶结构具有良好的力学性能，吊篮跌落的事故工况下，可以把冲击力均匀分散并传递到堆芯下支承板边缘，因此可以省掉原有立柱，起到简化结构的作用；同时避免了在堆芯下支承板的核心流量分配区域打孔装配立柱，使流量分配更均匀。

（3）本发明的立体均流板中部设置有弯折面，立体均流板上分布有数个流水孔，立体均流板相比一般的平面均流板，立体均流板展开面积大于平板面积，即在单位面积上立体均流板的流水孔数量多于平板的流水孔数量，扩大均分的空间维度以增大流量均分的面积，使流体压降和结构阻力系数小。立体均流板对冷却剂进行二次分配，实现流量精确平均分配。

（5）本发明的穹顶结构将能量吸收装置与堆芯下支承板连接为一体，替代了原有用立柱安装的形式，使用的螺钉更少，简化了装配，使整体结构更加简化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的主剖视图；

图3为本发明中立体均流板的结构示意图；

图4为本发明中横向消涡板的结构示意图；

图5为本发明中纵向消涡板的结构示意图；

图6为穹顶结构的结构示意图；

图中，1-压力容器，2-立体均流板，3-法兰盘，4-穹顶结构，5-能量吸收装置，6-纵向消涡板，7-横向消涡板，8-导向锥面，9-流水孔，10-堆芯下支承板，11-吊篮，12-插接槽a，13-螺钉，14-止口，15-插接槽b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~6所示，一种基于穹顶结构的压水型反应堆内流量分配装置，它包括压力容器1、堆芯下支承板10、穹顶结构4、立体均流板2以及能量吸收装置5，所述穹顶结构设置于压力容器1的下腔室内，穹顶结构4由多根板状的纵向消涡板6、多圈横向消涡板7和法兰盘3组成，位于横向消涡板7之间且沿横向消涡板7的圆周方向分布有多个纵向消涡板6，横向消涡板7和纵向消涡板6的壁厚均为20~100mm，每圈横向消涡板7的外侧均设置有导向锥面8，各圈横向消涡板7的导向锥面8的锥角由下往上依次递减，穹顶结构4通过位于其顶部的法兰盘3与堆芯下支承板10相连接。

所述立体均流板2设置于纵向消涡板6和横向消涡板7所围成的区域内，立体均流板2中部设置有弯折面且其上分布有数个流水孔9，立体均流板2相比一般的平面均流板，立体均流板展开面积大于平板面积，即在单位面积上立体均流板2的流水孔9数量多于平板的流水孔数量，扩大均分的空间维度以增大流量均分的面积。所述的立体均流板2上的立体折面还可以起加强筋的作用，使结构更耐流体冲刷。

所述能量吸收装置5位于穹顶结构4靠近压力容器1下腔室底部且固设于最底圈横向消涡板7和纵向消涡板6交叉处；所述堆芯下支承板10的顶部固连有吊篮11。

所述的横向消涡板7下边缘上且沿横向消涡板7的圆周方向分布有多个插接槽a12，所述的纵向消涡板6上且沿其长度方向间隔设置有多个插接槽b15，插接槽b15卡于插接槽a12内。

所述的法兰盘3与堆芯下支承板10经螺钉13螺纹连接。所述的法兰盘3焊接于堆芯下支承板10上。所述的立体均流板2的外边缘上且沿立体均流板2的圆周方向设置有多个止口14，所述的立体均流板2的止口14与纵向消涡板6的插接槽b15配合且焊接于一体。

本发明的工作过程如下：先将堆芯安放于堆芯下支承板10顶部，向吊篮11与压力容器1内壁之间的区域内通入冷却剂，冷却剂沿压力容器1内壁流动过程中，横向消涡板7和纵向消涡板6对冷却剂进行切割，阻断漩涡的完整流线，达到消除涡流的目的，与此同时横向消涡板7上的导向锥面8将冷却剂朝堆芯入口的边缘导流，从而缓解了堆芯入口处流量中间分配多而周围分配少的趋势；当冷却剂进入穹顶结构内后，实现了流量的初步均分，在压力作用下穹顶结构内的冷却剂穿过立体均流板2上的流水孔9、堆芯下支承板10进入堆芯内，立体均流板2对冷却剂进行二次分配，达到流量精确平均分配的目的，最终实现了堆芯入口流量的均匀分配，均匀分配后冷却剂进入堆芯中。

当发生吊篮11脱落的事故工况时，能量吸收装置5首先碰触接触压力容器1的底部，能量吸收装置5吸收一部分冲击力，将大部份冲击力通过穹顶结构的纵向消涡板均匀分布到堆芯下支承板10的边缘，避免了堆芯掉落，具有安全可靠的特点，进一步保证了对堆芯的正常冷却。