[发明专利]均压式密度锁

说明书

(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与主回路系统之间管道回路上的一种均压式密度锁结构。

(二)背景技术

上个世纪80年代，以美国西屋公司为代表的研究机构，在反应堆的设计中首次采用了非能动安全技术，到目前为止，已有很多核电站采用了非能动安全系统保障反应堆的安全运行。这些非能动安全系统中一个重要的方法就是密度锁技术。“密度锁”这一概念最早是由Babala等人提出的，他们认为存在密度差的两部分流体之间可以形成一个分界面，在一定条件下这一分界面可以有效地阻止两部分流体的相互搅混，利用这一原理制成适当的装置放在有密度差的流体通道中，这样的装置具有“锁住”流体通道的功能，为此把它称为“密度锁”。在反应堆中，它安装在反应堆主冷却剂系统与余热排出系统之间，正常工况下，主冷却剂和低温含硼溶液之间形成稳定的分层，该分层可以将主回路与余热排出回路隔离，从而确保反应堆的正常运行；一旦发生事故，密度锁将自动开启，含硼溶液注入主冷却剂系统，使反应堆停堆，并通过自然循环将堆芯热量带走。

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水的巨大冷却水池中，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、专利号为US4526742的专利申请文件中，以及2005年12月出版的《核动力工程》第26卷第6期中报道的《密度锁在反应堆非能动安全中的作用分析》、2008年1月出版的《核动力工程》第29卷第1期中报道的《密度锁内分层传热特性的初步探讨》、2009年1月出版的《原子能科学技术》第43卷第1期中报道的《密度锁内稳态分层特性的实验研究》等文献中，对密度锁的结构和分层特性都进行了相关论述。已有的密度锁结构有以下几个缺陷：第一、现有的密度锁结构是由许多两端开口的小通道组成的，其上方没有任何均匀流体流动速度场或消耗流体紊流动能的装置。当密度锁上方存在流体流动时，速度的变化将导致密度锁内各通道间压力出现分布不均的现象，这会导致子通道间形成大环流，从而破坏流体分层的稳定性；第二、由于速度分布不均的存在，速度场变化会引起密度锁结构各通道间压力分布变化，因此，在现有的密度锁结构中，密度分层段的各个小通道内分层界面会产生上下振荡，这导致了密度锁径向温度分布不均，径向的温度差会导致小通道内流体的径向传热，从而破坏小通道的界面稳定性。综上所述，当密度锁上方流体流动时，现有的密度锁结构无法解决由于流场变化所引起的压力不均问题，从而造成密度锁通道间的自然循环、界面振荡和径向的温度分布不均问题。因此，如果能通过改进密度锁结构的设计，把密度锁技术应用到技术成熟的分散式布置的压水堆中，则对提高反应堆安全性和经济性有很大帮助。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效地均匀密度锁分层段上方的流体的压力，能保证反应堆在正常运行工况下密度锁内冷热流体的稳定分层，并能有效的隔离主冷却系统和非能动余热排出系统的均压式密度锁。

本发明的目的是这样实现的：

它包括恒温段、密度分层段，所述的恒温段由带有冷却水入口和冷却水出口的恒温段外壳体、位于恒温段外壳体内的恒温段管束组成，所述的密度分层段由密度分层段壳体、位于密度分层段壳体内的密度分层段管束组成，密度分层段连接于恒温段的上方；在密度分层段上方设置紊流均压段，所述的紊流均压段由紊流均压段壳体和安装与紊流均压段壳体内的打孔圆锥结构组成，在打孔圆锥结构上开有圆孔，在圆孔外侧布置扰流翼。

本发明还可以包括：

1、紊流均压段壳体内壁上有支撑圆环，所述的打孔圆锥结构与支撑圆环的相接处采用焊接的方式连接，打孔圆锥结构的底圆与均压段壳体内壁面相切。

2、支撑圆环与密度分层段的密度分层段管束的上管板之间有一定的距离。

3、在密度分层段内，密度分层段管束的最大节圆与密度分层段壳体内壁面相切，密度分层段管束上部四分之一处的管壁上布置有倒刺，倒刺的长度为密度分层段管束的单元流动通道边长的1/4，密度分层段管束下部二分之一处的管壁上横向开有扁孔。

4、所述的倒刺与密度分层段管束之间呈30度夹角。

5、所述的扁孔有5-10层。