专利名称:沸水反应堆的冷却水循环系统的制作方法
这个发明关系到沸水反应堆的冷却水循环系统。
图1是沸水反应堆的以前的技术中冷却水循环系统的正视图。
图2是图1中箭头Ⅱ-Ⅱ方向的视图;
图3是图1中所示的支管局部剖视图;
图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线的剖视图，表示产生涡流的方式，箭头指示冷却水的流动方向;
图5是沿着图4中Ⅴ-Ⅴ线的剖视图;
图6是表示支管部位的示意图，显示产生涡流的冷却水流，箭头指示冷却水的流动方向;
图7是表示支管局部的示意图，显示在图6所示的集管中，无涡流的冷却水流，箭头指示冷却水的流动方向;
图8是冷却水循环系统的正视图，里边包含沸水反应堆的发明的一种具体方案;
图9是图8中箭头Ⅸ-Ⅸ所示方向的视图;
图10是图11中箭头Ⅹ-Ⅹ所示方向的视图;
图11是沿着图10中Ⅺ-Ⅺ线的剖视图，表示图8中的支管的竖直剖视图。
图1和图2表示一台沸水式反应堆，包括一个压力容器1，冷却水在其中循环流动，还有用来使冷却水穿过压力容器1循环流动的装置，包括泵2和管路。
一条总管7a的一端通过阀门10a连接到由马达2a驱动的泵2的抽吸口上，另一端连接到压力容器1上。
另一条总管7b的一端通过阀门10b连接到泵2的排流口上，另一端连接到十字形支管3的下口上。
弧形的集管4a和4b各以一端连接到十字形支管3的相对两侧的接口上，而另一端则被封闭。
十字形支管3的上接口连接一段渐缩管5，这个渐缩管5的上端连接着上升立管6。其它的上升立管6a、6b、6c和6d基本上等距离地布置，其中的上升立管6a和6b各自以一端连接到集管4a上，上升立管6c和6d各自以一端连接到集管4b上。这些上升立管6、6a、6b、6c和6d的另外一端都各自连接到压力容器1上，这样就形成一套泵2和管路的系统。
同上述的泵2和管路系统相似的另一套泵2和管路系统，布置在与上述系统相对的位置上，这样，两套系统按照彼此相邻的关系安装，并由一条假想线A隔开，如图2中所示。
每条上升立管6、6a、6b、6c、6d都连接一个喷射泵，这些喷射泵彼此分立，装在压力容器1内部，从图上看不到。
下面将借助一套泵2和管路系统，对冷却水循环系统在上述包括泵2和管路的装置中的工作情况进行描述。在附图所表示的系统中，阀门10a和10b开启以后，马达2a驱动泵2。压力容器1里的冷却水按图1中箭头所指的方向，被抽进总管7a，并被泵2排进总管7b，然后经总管7b流到支管3。在支管3中，冷却水分成几股，流进上升立管6、集管4a和4b。集管4a和4b中的冷却水，经过上升立管6a、6b、6c和6d，流入压力容器1。
从上升立管6a、6b、6c和6d回到压力容器1的冷却水，被各个喷射泵注入低于反应堆芯的压力容器1的下部，并流过高温的反应堆芯部。一部分冷却水转变成高压蒸汽，并被送去驱动汽轮机以发电。其余的冷却水则再次被抽进总管7a，作上面所描述的循环流动。
在沸水反应堆中，如果分配到每条上升立管6、6a、6b、6c和6d中的冷却水的流量有变化。或者经过这些上升立管的冷却水总流量发生变化，那么由每个喷射泵注入反应堆芯体的冷却水流量就将因各个管子而异，结果会使供给反应堆芯部的冷却水量不平衡，流向反应堆芯部的冷却水的总流量也有可能出现波动。冷却水供应量的波动，引起流过反应堆芯部的冷却水所产生的高压蒸汽的量发生波动，结果使反应堆的功率发生改变。
为了使采用沸水反应堆的核电站中反应堆的功率始终保持恒定，必须使向反应堆芯部的冷却水供应量保持均衡，同时使流向反应堆芯部的冷却水总流量保持稳定。
这项发明的目标是，提供一套能够保持反应堆功率不变的沸水反应堆冷却水循环系统，以此来稳定采用这种类型的反应堆的核电站的输出电功率。
为了实现上述的目标，在一座有反应堆芯，有盛放反应堆芯和冷却水的压力容器的沸水反应堆中，这项发明提供了一套冷却水循环系统，包括安装在压力容器内的多个喷射泵。用来给反应堆芯部供应冷却水;一台有抽吸口和排流口的冷却水循环泵，在抽吸口通过一条第一总管和压力容器连接;一个分岔管，它的第一管口通过一条第二总管和冷却水循环泵的排流口相接，第二和第三管口各接一条集管，第四管口的位置和第一管口相对，直径也比第一管口小;一条第一上升立管接在分岔管的这个第四管口和多个喷射泵中的一个泵之间;多条第二上升立管，每一条都连接在集管之一和其余的喷射泵中的一个泵之间。
这项发明是以本发明人的一项发现为基础的。这项发明是本发明人在对图1和图2所示的处于以前技术水平的沸水反应堆中反应堆功率波动的原因进行研究的结果。本发明人所做的研究包括对冷却水经过循环管路时的流动情况进行观察，特别是流过十字形岔管3和在它附近的流动情况。为了进行观察，采用了透明材料制作的十字形岔管，装设了周围零部件的模形，并使液体从透明的岔管和管路模型中流过。
作为观察的结果，清楚直观地认识到，当进入岔管3的液体流束f0分成象图3中所表示的三股方向不同的流束f1、f2和f3时，以旋涡的形式环绕着图3中所表示的集管4a和4b的轴向流动的涡流f4强度逐渐增加，规模逐渐增大，象图6中箭头f4所表示。在这时候，象图7所表示的，在渐缩管5中以涡流的形式流动的多股液体流束得不到发展，或者不能直接明显地看到，在另一种条件下，象图7所表示那样的多股液流以涡流的形式在渐缩管5中流动，就象要阻止液体流进上升立管6。在这个情况下，如图6中的箭头f4所示的，以又长又大的涡流形式流动的液体流束不能清楚直观的看到，或者说已经消失了。因此已经可断定，流体的这两种流动状态在岔管3的邻近部分轮流出现。这样，就弄清楚一点，渐缩管5的存在是造成流体的流动状态不稳定的原因，它使流体的流动状态出现改变，象上面所讲得那样。
在图6所表示的流动状态中，每一股支流f1和f2都伴随着一股以涡流形式流动的流束f4，而且液流f1和f2表现出比在图7中的对应流束f1和f2更大的压力损失。结果在图6中的支流f1和f2的流量小于图7中的支流f1和f2的流量，而图6的流动状态中支流f3的流量却大于图7中对应的支流f3的流量。在图7中，以涡流形式流动的多股液流产生于渐缩管5里。这样，就可以断定，由于流向反应堆芯部的冷却水量的改变，或者由于冷却水形成涡流而使流向反应堆芯部的冷却水流量不均匀，所引起的反应堆功率的变化，归根结底，是由于在渐缩管5的邻近部位上流动状态不稳定，十字形岔管3中冷却水流态发生改变而引起的。
在上述发现的基础上，本发明人设计出一种冷却水循环系统，它的构成表示在图8到11中。这种循环系统可以避免冷却水在十字形岔管中流动时产生流态改变，有利于使核电站的输出功率保持稳定。属于这项发明的冷却水循环系统，如图8到图11所表示的，将在此作详细介绍。
从图8可以看到，反应堆的压力容器1连接到总管7a的一端，总管7a的另一端通过阀门10a连接到泵2的抽吸口上。总管7b的一端与泵2的排流口相接，另一端接到十字形岔管11的下端管口上，十字形岔管11的结构见图11。集管4a和4b各自以一端与岔管11上两个相对侧面的管口相接，另一端则封闭。上升立管6的一端与岔管11的上端管口相接。上升立管6a、6b、6c和6d与立管6一起彼此等间距的设置。上升立管6a、6b各自以一端连接到一条集管4a上，而上升立管6c、6d则各自以一端连接到集管4b上。这些上升立管6a、6b、6c和6d的另外一端又都各自与喷射泵相接，这些喷射泵装在压力容器1内部，从图上看不到。
岔管11的构形如图10和11所绘。这个岔管不必象处于以前的技术水平的冷却水循环系统那样，采用如图1中所绘的渐缩管5，而是可以直接与上升立管6相接。这样，岔管上端管口的直径1就要小于下端管口的直径L。
与上边描述过的这一套循环泵2和管路系统相同的另一套循环泵2和管路系统设置在与前一套系统相对的位置上，因此，这两套系统处于相邻的位置关系，并被一条假设的线A分隔开，象图9所示。
在具有如上所述的布局的冷却水循环系统中，当循环泵2被电动机2a驱动而运转时，在压力容器1中的冷却水被抽入总管7a，并顺着这条管子流动，其方向如图8中箭头所指。按照箭头所指的方向，冷却水从总管7a流进循环泵2，并被泵排入总管7b，然后流向岔管11。在岔管11中，冷却水分成三股支流，分别流进岔管左侧的集管4a、右侧的集管4b，和位于岔管上方的上升立管6。流入左右侧集管4a和4b的冷却水随后流进各条上升立管6a、6b、6c和6d。然后，冷却水从各条上升立管6、6a、6b、6c和6d被吸入与这些立管相接的喷射泵，并被这些泵注入位于压力容器1中的反应堆芯。通过这样的途径进入压力容器1的冷却水，受到反应堆芯加热，成为高压蒸汽，然后，被引去驱动汽轮发电机，以把高压蒸汽的能量转变成电能输出。没有转变成蒸汽的冷却水，在循环泵2的作用下，继续沿着冷却水循环系统的管路流动。
在以这项发明的原理为依据，具有如上所述的构造和运行过程的冷却水循环系统中，结构新颖的岔管11的上端管口直径小于它的下端管口直径，其上端管口直径基本上等于上升立管6的直径，采用这种构形的岔管11，就可以取消象图1所绘的那种在属于已有技术的冷却水循环系统中所采用的渐缩管5。冷却水在经过岔管11时流动状态发生改变的现象，也就是在属于已有技术的系统中轮流出现图6和图7所示的两种流动状态的现象，由于取消了引起变态的渐缩管5，而受到抑制，因此，可以使冷却水平稳地分成三股支流，而不致于在集管4a和4b中形成长而且大的涡流。
冷却水流中不产生长而且大的涡流，对于获得稳定的流动状态十分有利。已经确定，获得这样的效果的原因在于，在这项发明所用的岔管11中，从总管7b流入岔管11的冷却水冲撞到管壁的区域B和区域C上，见图11，这种撞击作用促使水流向左右侧集管4a和4b分流，同时也减小了由箭头f3所表示的支流的冲力，支流f3的冲力容易引起由箭头f4所表示的涡流。f3和f4见于图4。
如上所述，当从总管7b进入岔管11的冷却水流分成沿着三个方向流动的三股支流时，在分流区域附近的冷却水流动状态不发生改变，因此，由岔管11分配给三个流向的冷却水流量不致出现变化。也不会出现任何因冷却水流动状态改变而引起的压力损失的变化。从而，经过压力容器1中的反应堆芯部进行循环流动的冷却水的总流量也不会改变。作为结果，由每个喷射泵排出的冷却水的流动速率始终保持恒定，不致出现波动。这样，供给反应堆芯部的冷却水量可能出现不均衡的危险，或者向压力容器1供应的冷却水的总量可能发生变化的危险，就都被消除了。这个结果对于采用沸水反应堆的核电站获得稳定的电力输出有着积极的意义。如上所述，供应给反应堆芯部的冷却水量始终保持均衡，因而冷却水在压力容器1中的流动状态也保持稳定，从维护设备与管路系统的强度的角度来说，这也是十分有益的。按照上面的描述，当冷却水流在岔管11中分成三股支流时，不会在集管4a和4b中引起即长又大的旋涡状支流，因此压力损失极小，冷却水流稳定在较佳的流动状态，使反应堆能够获得高功率。
权利要求
1、在一座具有反应堆芯体，以及容纳反应堆芯体和冷却水的压力容器的沸水反应堆中，一套冷却水循环系统的特点在于具有下列部件
多个喷射泵，装设在压力容器内，用来向反应堆芯部供应冷却水；
冷却水循环泵，有抽吸口和排流口，其抽吸口通过一条第一总管连接到压力容器上。
岔管，上面有第一管口，通过一条第二总管与冷却水循环泵的排流口相连，还有第二和第三管口，各与一条集管相连，在与第一管口相对的位置上，还有第四管口，它的直径小于第一管口的直径；
一条第一上升立管，一端与岔管的第四管口相接，另一端与多个喷射泵中的一个泵相接；
多条第二上升立管，每一条都连接在一条集管和余下的喷射泵中的一个泵之间。
2、如同在权利要求
1中所提出来的冷却水循环系统，特点在于，上述岔管的第四管口直径，与上述第一条上升立管的直径基本相等。
专利摘要
沸水反应堆的冷却水循环系统包括向堆芯供水的多个喷射泵；冷却水循环泵；十字岔管，其管口一通过第一总管与循环泵的排流口相连，管口二和管口三各与一条集管相连，管口四与管口一位置相对且直径小于管口一；管口四通过一条立管与一喷射泵相连；另有多条立管分别将各喷射泵与集管相连。借助这种管口四直径小于管口一直径的岔管，可避免冷却水在岔管中分流时出现支流流态的改变，从而使沸水堆核电站的输出功率较稳定。
文档编号G21C15/02GK85103933SQ85103933
公开日1986年12月10日 申请日期1985年5月3日
发明者武原秀俊, 佐川涉, 根目沢勋, 小杉仲夫, 伊东敬 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan