一种液力悬浮式反应堆停堆棒及其工作方法与流程

本发明属于核反应堆停堆棒领域，涉及一种液力悬浮式反应堆停堆棒及其工作方法。

背景技术：

当前先进反应堆停堆棒都采用非能动、故障安全的设计理念，发生紧急控制情况时，停堆棒驱动机构自动断电，停堆棒机械钩爪脱开，停堆棒依靠重力插入反应堆堆芯，确保反应堆控制；反应堆停堆棒设计采用“单一故障”原则设计，即一根停堆棒故障无法掉落时，仍能保障反应堆自动控制。上述反应堆停堆棒设计存在以下缺点：一是停堆棒重力下落前提是机械钩爪脱开，机械装置有失效导致卡棒的可能性；二是超过设计基准的多根停堆棒故障无法下落插入堆芯的情况，对于压水堆需要紧急注硼，但对于钠冷快堆/锂冷快堆/铅冷快堆/熔盐堆来说，紧急注硼不可行，缺少冗余的停堆措施，安全性较差；三是停堆棒都采用停堆棒驱动机构和机械钩爪的工作方式，停堆方式多样性设计不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种液力悬浮式反应堆停堆棒及其工作方法，该停堆棒及其工作方法能够避免使用机械钩爪，同时实现停堆的多样性，并且安全性较高。

为达到上述目的，本发明所述的液力悬浮式反应堆停堆棒包括控制棒导向管、反应堆堆芯、包壳、中子吸收体及主冷却剂泵；

控制棒导向管安装于反应堆堆芯内，包壳位于控制棒导向管内，控制棒导向管与包壳之间有间隙，中子吸收体设置于包壳内，控制棒导向管的侧面设置有泄流孔，控制棒导向管的底部入口处安装有缓冲装置，主冷却剂泵的出口与控制棒导向管的底部入口相连通。

包壳的外壁上焊接有金属绕丝。

包壳的上端开口处设置有上端塞。

包壳的下端开口处设置有下端塞。

上端塞与中子吸收体之间设置有上部压紧弹簧，下端塞与中子吸收体之间设置有下部压紧弹簧。

上端塞的顶部设置有操作接头。

上端塞与操作接头为一体化结构。

包壳中在上部压紧弹簧及下部压紧弹簧所在区域分别形成上部气腔及下部气腔。

上部气腔及下部气腔内预充有与一回路运行压力相同的氩气。

一种液力悬浮式反应堆停堆棒的工作方法包括以下步骤：

在反应堆启动至正常运行期间，冷却剂由堆芯底部向上流动，冷却剂流动的推力大于停堆棒的重力，该冷却剂流动的推力将停堆棒向上推出反应堆堆芯，停堆棒悬浮停留在反应堆堆芯的上方；冷却剂流经包壳与控制棒导向管之间的间隙，通过泄流孔与反应堆堆芯输出的冷却剂汇流。

在反应堆正常停堆时，主冷却剂泵降速运行，冷却剂流动的推力小于停堆棒的重力，从而将停堆棒插入堆芯；

当发生失流事故时，冷却剂流动速度降低，冷却剂流动推力降低，停堆棒迅速插入堆芯。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的液力悬浮式反应堆停堆棒及其工作方法在具体操作时在反应堆启动至正常运行期间，依靠冷却剂流动的推力将停堆棒向上推出反应堆堆芯，停堆棒悬浮停留在堆芯上方；反应堆正常停堆时，主冷却剂泵降速运行，冷却剂流动的推力小于停堆棒的重力，停堆棒缓慢插入堆芯；当发生失流事故时，冷却剂流动速度迅速降低，冷却剂的流动推力迅速降低，停堆棒插入堆芯，控制棒导向管的入口处设置有缓冲装置，停堆棒落下时避免产生严重冲击，以避免使用机械钩爪造成卡棒的可能性，同时简化反应堆结构，降低成本，实现停堆的多样化，提高反应堆的故障安全性。

附图说明

图1为图1是液力悬浮式反应堆停堆棒的示意图。

其中，1为反应堆堆芯、2为控制棒导向管、3为上端塞、3-1为操作接头、4为包壳、4-1为上部气腔、4-2为泄流孔、4-3为下部气腔、5为上部压紧弹簧、6为金属绕丝、7为中子吸收体、8为下部压紧弹簧、9为下端塞、10为缓冲装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的液力悬浮式反应堆停堆棒包括上端塞3、操作接头3-1、包壳4、上部气腔4-1、泄流孔4-2、下部气腔4-3、上部压紧弹簧5、金属绕丝6、中子吸收体7、下部压紧弹簧8、下端塞9及缓冲装置10；

控制棒导向管2安装于反应堆堆芯1内，反应堆堆芯1根据需求设置多根液力悬浮式反应堆停堆棒及多个控制棒导向管2。

控制棒导向管2与包壳4之间有间隙，以形成冷却剂流道，通过冷却剂流道冷却停堆棒，控制棒导向管2的侧面设置有泄流孔4-2，包壳4的外壁上焊接有金属绕丝6。

中子吸收体7设置于包壳4内；包壳4的上端开口处设置有上端塞3，包壳4的下端开口处设置有下端塞9，其中，上端塞3与中子吸收体7之间设置有上部压紧弹簧5，下端塞9与中子吸收体7之间设置有下部压紧弹簧8。

包壳4的材料根据需求采用不锈钢、因科镍或者锆合金；中子吸收体7的材料采用银铟镉合金、b4c(硼-10)。

上端塞3的顶部设置有操作接头3-1，上端塞3与操作接头3-1为一体化制作。

包壳4中在上部压紧弹簧5及下部压紧弹簧8所在区域分别形成上部气腔4-1及下部气腔4-3，上部气腔4-1及下部气腔4-3内预充有与一回路运行压力相同的氩气，以防止包壳4受外压变形。

控制棒导向管2的底部入口处安装有缓冲装置10，主冷却剂泵的出口与控制棒导向管2的底部入口相连通，停堆棒落下时避免产生严重冲击。

本发明的工作过程为：

在反应堆启动至正常运行期间，冷却剂由堆芯底部向上流动，冷却剂流动的推力大于停堆棒的重力，流动推力将停堆棒向上推出反应堆堆芯1，停堆棒悬浮停留在堆芯上方；冷却剂流经包壳4与控制棒导向管2之间的间隙，通过金属绕丝6的搅动作用便于控制棒散热，冷却剂通过泄流孔4-2与反应堆堆芯1输出的冷却剂汇流。

在反应堆正常停堆时，主冷却剂泵降速运行，冷却剂流动的推力小于停堆棒的重力，停堆棒缓慢插入堆芯；

当发生失流事故时，冷却剂流动速度迅速降低，冷却剂流动推力迅速降低，停堆棒迅速插入堆芯，控制棒导向管2的入口处设置有缓冲装置10，停堆棒落下时避免产生严重冲击。

在反应堆停堆期间，利用专用工具固定操作接头3-1后将控制棒从控制棒导向管2抽出，进行检修或者更换。

技术特征：

1.一种液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，包括控制棒导向管(2)、反应堆堆芯(1)、包壳(4)、中子吸收体(7)及主冷却剂泵；

控制棒导向管(2)安装于反应堆堆芯(1)内，包壳(4)位于控制棒导向管(2)内，控制棒导向管(2)与包壳(4)之间有间隙，中子吸收体(7)设置于包壳(4)内，控制棒导向管(2)的侧面设置有泄流孔(4-2)，控制棒导向管(2)的底部入口处安装有缓冲装置(10)，主冷却剂泵的出口与控制棒导向管(2)的底部入口相连通。

2.根据权利要求1所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，包壳(4)的外壁上焊接有金属绕丝(6)。

3.根据权利要求1所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，包壳(4)的上端开口处设置有上端塞(3)。

4.根据权利要求3所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，包壳(4)的下端开口处设置有下端塞(9)。

5.根据权利要求4所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，上端塞(3)与中子吸收体(7)之间设置有上部压紧弹簧(5)，下端塞(9)与中子吸收体(7)之间设置有下部压紧弹簧(8)。

6.根据权利要求1所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，上端塞(3)的顶部设置有操作接头(3-1)。

7.根据权利要求6所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，上端塞(3)与操作接头(3-1)为一体化结构。

8.根据权利要求5所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，包壳(4)中在上部压紧弹簧(5)及下部压紧弹簧(8)所在区域分别形成上部气腔(4-1)及下部气腔(4-3)。

9.根据权利要求8所述的液力悬浮式反应堆停堆棒，其特征在于，上部气腔(4-1)及下部气腔(4-3)内预充有与一回路运行压力相同的氩气。

10.一种权利要求1所述的液力悬浮式反应堆停堆棒的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在反应堆启动至正常运行期间，冷却剂由堆芯底部向上流动，冷却剂流动的推力大于停堆棒的重力，该冷却剂流动的推力将停堆棒向上推出反应堆堆芯(1)，停堆棒悬浮停留在反应堆堆芯(1)的上方；冷却剂流经包壳(4)与控制棒导向管(2)之间的间隙，通过泄流孔(4-2)与反应堆堆芯(1)输出的冷却剂汇流；

在反应堆正常停堆时，主冷却剂泵降速运行，冷却剂流动的推力小于停堆棒的重力，从而将停堆棒插入堆芯；

当发生失流事故时，冷却剂流动速度降低，冷却剂流动推力降低，停堆棒迅速插入堆芯。

技术总结
本发明公开了一种液力悬浮式反应堆停堆棒及其工作方法，包括控制棒导向管、反应堆堆芯、包壳、中子吸收体及主冷却剂泵；控制棒导向管安装于反应堆堆芯内，包壳位于控制棒导向管内，控制棒导向管与包壳之间有间隙，中子吸收体设置于包壳内，控制棒导向管的侧面设置有泄流孔，控制棒导向管的底部入口处安装有缓冲装置，主冷却剂泵的出口与控制棒导向管的底部入口相连通，该停堆棒及其工作方法能够避免使用机械钩爪，同时实现停堆的多样性，并且安全性较高。

技术研发人员：余俨;王海平;姚尧;吴志军;杨浩然;纪园园;朱兴华;李洋;马成文;许杰
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2021.04.29
技术公布日：2021.07.23