专利名称:控温式密度锁的制作方法
控温式密度锁(一) 技术领域：
本发明涉及的是一种反应堆非能动安全系统设备，具体涉及到安装在反应堆 非能动余热排出系统管道回路中的一种控温式密度锁结构。(二) 背景技术80年代以来，以美国西屋公司为代表，在反应堆的设计中采用了非能动安 全技术。到目前为止，已有较多核电站采用了非能动安全系统保障反应堆的安全 运行。在新型反应堆的设计中也都在非能动安全系统方面有所创新，其中一个重 要的方法就是采用密度锁技术。密度锁是一种安装在反应堆冷却剂边界，通过水 力平衡，将反应堆的正常冷却系统与事故冷却系统隔开的设备。密度锁内部没有 挡板和运动部件，完全靠特殊结构和冷热流体的密度差使冷热流体分开，当密度 锁中的流体分层平衡被打破时，密度锁会自动打开，事故冷却系统投入运行，依 靠上下密度锁的高位差，通过自然循环进行堆芯冷却。目前在采用密度锁技术的新概念反应堆设计中，反应堆置于一个含高浓度硼 酸的巨大冷却水池中，反应堆主冷却剂系统通过上、下密度锁与大水池隔离。专 利号为JP1123196的日本专利申请文件、专利号为US4939754的专利申请文件 中，以及2005年12月出版的《核动力工程》第26巻第6期中报道的《密度锁 在反应堆非能动安全中的作用分析》等文献中，对密度锁的结构都有相关论述。 但是，目前采用的密度锁内部是由许多两端开口的小通道组成，当有压力扰动存 在时，每个子通道内的压力会存在不平衡现象，因此影响了密度分层的稳定性。 而且，这种新概念堆目前仍处在初级设计阶段，真正投入商业运行还需要一段过 程。如果能通过改进设计，把密度锁技术应用到技术成熟的分散式布置的压水堆 中，则可以大大提高反应堆的固有安全性和经济性。如果直接把传统的密度锁结构应用到目前的压水堆系统中，会存在很多问 题1.当密度锁上方产生扰动时，密度锁各通道内压力会出现分布不均匀现象， 从而导致子通道之间形成自然循环回路，破坏流体的分层稳定性；2.密度锁内各 通道之间会存在水平温差，这种温差的存在会在子通道内或子通道之间形成自然
对流，最终导致冷热流体分层消失；3.密度分层在有扰动存在时，会在分层界面 上形成内波，这种内波对界面分层的稳定性具有很大的破坏性；4.反应堆正常运 行时，密度锁内冷流体会不断被热流体加热，冷热流体的分层将不能保持恒定。
发明内容本发明的目的在于提供一种能保证反应堆在正常运行工况下，密度锁内冷热 流体稳定分层，并且安全有效地将主冷却剂回路与非能动余热排出回路隔离的温 控密度锁。本发明的目的是这样实现的它由降扰均压段、密度分层段和温控段组成； 降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成，锯齿 形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成；密度分层段安置在降扰均压段下方， 位于控温式密度锁的中部，由管板、管束和外壳体组成；温控段位于密度锁的下 方，由管束、下管板和下封头组成。本发明还可以包括这样一些结构特征1、 降扰均压段的栅格结构的外缘与上封头的内壁相切。2、 相邻隔板的高度差为1/2长隔板的高度，并且大于子通道当量直径的4 倍长。3、 所述密度分层段的管束通过上管板和中管板固定在外壳体的内侧，管束 外侧与外壳体内壁之间的封闭空间里充入流体。4、 密度分层段管束的排列与降扰均压段的锯齿形栅格错开分体布置，每四 个子通道对应一个圆管。5、 所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。 本发明控温式密度锁分成降扰均压段、密度分层段和温控段三个独立单元。所述降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成。 锯齿形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成，将密度锁分成一系列小的矩形子 通道。栅格结构的外缘与上封头的内壁相切。当密度锁上方产生扰动时，高低不 同的栅格通道可以将扰动强度分解降低。当相邻隔板的高度差为1/2长隔板的高 度，并且大于子通道当量直径的4倍长时，扰动强度可以被显著降低。当矩形子 通道之间存在压力不均衡现象时，则在子通道之间会形成自然对流，从而实现流 体在进入密度分层段时，各通道内的压力已达到均衡，保证了密度分层段内流体
分层不会因为子通道之间存在压力差而导致分层消失。所述密度分层段安置在降扰均压段下方，位于控温式密度锁的中部，由管板、 管束和外壳体组成。管束通过上管板和中管板固定在外壳体的内侧，管束外侧与 外壳体内壁之间的封闭空间里充入流体，主要是为了消除管道之间及管子内部存 在的水平温差。另外，当热流体在上、冷流体在下，由于密度差而形成分层的时 候，在密度分层内部极易形成内波振荡，也就是所谓的Brunt-Vaisala波动，其频 率可以表示为根据上式，要想避免这种内波振荡，可以通过改变流体流通截面或者是沿管 道的径向方向输入热量，即改变密度沿轴向的变化量来实现。采用后者方法相对 复杂，因此，在本发明中是采用改变流体流通截面的方法，将密度分层段管束的 排列与降扰均压段的锯齿形栅格错开分体布置，每四个子通道对应一个圆管，这 样流体从均压抗扰段的小矩形通道进入密度分层段的管束内时，流通截面产生变 化，从而可以有效避免密度分层内由于内波振荡引起的密度分层不稳定性。所述温控段位于密度锁的下方，由管束、下管板和下封头组成。为了实现冷 热流体密度分层的稳定性，管束内侧的流体与管外侧大空间的流体以导热的方式 进行热量交换，从而将密度分层段内热流体传给冷流体的热量源源不断的导出， 保证了冷热流体的稳定分层。所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接，使之形成一个整 体的控温式密度锁结构。本发明控温式密度锁采用多层分离结构、有效地解决了管道变径、平衡管道 压力、减小水平温差以及消除内波振荡和热量输出的问题，保证了密度锁内密度 分层的稳定性，实现了在反应堆稳定运行中，事故冷却水回路的有效隔离。与传统的密度锁结构相比，本发明控温式密度锁具有以下优点和效果(1) 消除了内波振荡、水平温差、压力不均衡和热量输出对密度分层稳定 性的影响，保证密度锁内冷热流体界面的稳定分层。(2) 安装在现有反应堆的一回路系统中，可以保证在反应堆正常运行时， 依靠密度分层有效隔离主冷却剂回路和事故冷却水回路；当反应堆出现事故时，密度分层界面的压力平衡被打破，密度锁自动打开，事故冷却水系统投入运行。 从而实现在不依靠外界动力和人力介入的情况下，将反应堆热量及时导出。(3) 本发明结构简单，可以比较方便的进行安装、维修；(4) 本发明应用到核反应堆非能动余热排出系统当中，可以大大提高反应 堆运行的安全性。(四)
图l是本发明的结构示意图；图2是图1的I处局部放大示意图；图3是图1的A-A剖视图； 图4是图1的B-B剖视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1-4，本发明新型控温式密度锁由上封头1、锯齿形栅格架2、上管 板3、外壳体4、圆管管束体5、中管板6、下管板7和下封头8组成。其中上封 头1和锯齿形栅格架2组成新型控温式密度锁的降扰均压段，上管板3、外壳体 4和圆管管束体5的上部分组成密度分层段，圆管管束体5的下部分、中管板6 和下封头8形成控温段。在降扰均压段内，锯齿形栅格架2的外缘与上封头1的内壁相切，为了降低 扰动，栅格架2采用锯齿形结构。为了平衡每个子通道内的压力，锯齿形栅格架 2的下端坐落在上管板3上，从而实现流体在进入密度分层段时，各通道内的压 力已达到均衡，保证了密度分层段内流体分层不会因为子通道之间存在压力差而 导致分层消失。为了消除密度分层段内的内波振荡，锯齿形栅格架2与圆管管束 体5错开分体布置，每四个子通道对应一个圆管，具体布置方式见图l-4所示， 当流体从锯齿形栅格通道进入管束内时，流动截面发生变化，从而阻止了内波的 向下传递。在密度分层段内，上管板3、外壳体4和中管板6通过法兰进行密封连接， 在上管板3、外壳体4、管束5和中管板6之间的封闭空间内充入流体，目的是 为了消除密度分层段内管束5内以及管束5管道之间水平温差的存在，保证密度 分层界面的稳定性。 管束5穿过中管板6后，继续向下延伸至下管板7，在中管板6和下管板7 之间的管束5与下封头8形成了控温式密度锁的温控段。管束内侧的流体与管外 侧大空间的流体以导热的方式进行热量交换，从而将密度分层段内热流体传给冷 流体的热量源源不断的导出，保证了冷热流体的稳定分层。本发明控温式密度锁的降扰均压段、密度分层段和温控段之间通过法兰连 接，在控温式密度锁正常工作时，上封头l与一回路主管道、下封头8与事故冷 却水回路均通过法兰进行密封连接，主冷却剂由上封头1进入，事故冷却水由下 封头8进入，在密度分层段，热的主冷却剂与冷的事故冷却水相遇形成密度分层， 从而可以将事故冷却回路有效隔离，达到反应堆在不依靠外界动力介入时正常运 行的目的。
权利要求
1、一种温控密度锁，其特征是它由降扰均压段、密度分层段和温控段组成；降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成，锯齿形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成；密度分层段安置在降扰均压段下方，位于控温式密度锁的中部，由管板、管束和外壳体组成；温控段位于密度锁的下方，由管束、下管板和下封头组成。
2、 根据权利要求
1所述的温控密度锁，其特征是所述的降扰均压段的栅 格结构的外缘与上封头的内壁相切。
3、 根据权利要求
2所述的温控密度锁，其特征是相邻隔板的高度差为 1/2长隔板的高度，并且大于子通道当量直径的4倍长。
4、 根据权利要求
l、 2或3所述的温控密度锁，其特征是所述密度分层 段的管束通过上管板和中管板固定在外壳体的内侧，管束外侧与外壳体内壁之 间的封闭空间里充入流体。
5、 根据权利要求
l、 2或3所述的温控密度锁，其特征是密度分层段管 束的排列与降扰均压段的锯齿形栅格错开分体布置，每四个子通道对应一个圆 管。
6、 根据权利要求
4所述的温控密度锁，其特征是密度分层段管束的排列 与降扰均压段的锯齿形栅格错开分体布置，每四个子通道对应一个圆管。
7、 根据权利要求
l、 2或3所述的温控密度锁，其特征是所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。
8、 根据权利要求
4所述的温控密度锁，其特征是所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。
9、 根据权利要求
5所述的温控密度锁，其特征是所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。
10、 根据权利要求
6所述的温控密度锁，其特征是所述降扰均压段、密度分层段和控温段可以通过法兰连接。
专利摘要
本发明提供的是一种温控密度锁。它由降扰均压段、密度分层段和温控段组成；降扰均压段安置在控温式密度锁的上部，由上封头和锯齿形栅格结构组成，锯齿形栅格结构由高低不同的栅格板组合而成；密度分层段安置在降扰均压段下方，位于控温式密度锁的中部，由管板、管束和外壳体组成；温控段位于密度锁的下方，由管束、下管板和下封头组成。本发明控温式密度锁采用多层分离结构，有效地解决了管道变径、平衡管道压力、减小水平温差以及消除内波振荡和热量输出的问题，保证了密度锁内密度分层的稳定性，实现了在反应堆稳定运行中，事故冷却水回路的有效隔离。
文档编号G21C15/18GKCN101105985SQ200710072676
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月20日
发明者孙中宁, 曹夏昕, 谷海峰, 阎昌琪 申请人:哈尔滨工程大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan