專(zhuān)利名稱(chēng):控溫式密度鎖的制作方法
控溫式密度鎖(一) 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種反應(yīng)堆非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)備，具體涉及到安裝在反應(yīng)堆 非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)管道回路中的一種控溫式密度鎖結(jié)構(gòu)。(二) 背景技術(shù)80年代以來(lái)，以美國(guó)西屋公司為代表，在反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中采用了非能動(dòng)安 全技術(shù)。到目前為止，已有較多核電站采用了非能動(dòng)安全系統(tǒng)保障反應(yīng)堆的安全 運(yùn)行。在新型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)中也都在非能動(dòng)安全系統(tǒng)方面有所創(chuàng)新，其中一個(gè)重 要的方法就是采用密度鎖技術(shù)。密度鎖是一種安裝在反應(yīng)堆冷卻劑邊界，通過(guò)水 力平衡，將反應(yīng)堆的正常冷卻系統(tǒng)與事故冷卻系統(tǒng)隔開(kāi)的設(shè)備。密度鎖內(nèi)部沒(méi)有 擋板和運(yùn)動(dòng)部件，完全靠特殊結(jié)構(gòu)和冷熱流體的密度差使冷熱流體分開(kāi)，當(dāng)密度 鎖中的流體分層平衡被打破時(shí)，密度鎖會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，事故冷卻系統(tǒng)投入運(yùn)行，依 靠上下密度鎖的高位差，通過(guò)自然循環(huán)進(jìn)行堆芯冷卻。目前在采用密度鎖技術(shù)的新概念反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，反應(yīng)堆置于一個(gè)含高濃度硼 酸的巨大冷卻水池中，反應(yīng)堆主冷卻劑系統(tǒng)通過(guò)上、下密度鎖與大水池隔離。專(zhuān) 利號(hào)為JP1123196的日本專(zhuān)利申請(qǐng)文件、專(zhuān)利號(hào)為US4939754的專(zhuān)利申請(qǐng)文件 中，以及2005年12月出版的《核動(dòng)力工程》第26巻第6期中報(bào)道的《密度鎖 在反應(yīng)堆非能動(dòng)安全中的作用分析》等文獻(xiàn)中，對(duì)密度鎖的結(jié)構(gòu)都有相關(guān)論述。 但是，目前采用的密度鎖內(nèi)部是由許多兩端開(kāi)口的小通道組成，當(dāng)有壓力擾動(dòng)存 在時(shí)，每個(gè)子通道內(nèi)的壓力會(huì)存在不平衡現(xiàn)象，因此影響了密度分層的穩(wěn)定性。 而且，這種新概念堆目前仍處在初級(jí)設(shè)計(jì)階段，真正投入商業(yè)運(yùn)行還需要一段過(guò) 程。如果能通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，把密度鎖技術(shù)應(yīng)用到技術(shù)成熟的分散式布置的壓水堆 中，則可以大大提高反應(yīng)堆的固有安全性和經(jīng)濟(jì)性。如果直接把傳統(tǒng)的密度鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)用到目前的壓水堆系統(tǒng)中，會(huì)存在很多問(wèn) 題1.當(dāng)密度鎖上方產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，密度鎖各通道內(nèi)壓力會(huì)出現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象， 從而導(dǎo)致子通道之間形成自然循環(huán)回路，破壞流體的分層穩(wěn)定性；2.密度鎖內(nèi)各 通道之間會(huì)存在水平溫差，這種溫差的存在會(huì)在子通道內(nèi)或子通道之間形成自然
對(duì)流，最終導(dǎo)致冷熱流體分層消失；3.密度分層在有擾動(dòng)存在時(shí)，會(huì)在分層界面 上形成內(nèi)波，這種內(nèi)波對(duì)界面分層的穩(wěn)定性具有很大的破壞性；4.反應(yīng)堆正常運(yùn) 行時(shí)，密度鎖內(nèi)冷流體會(huì)不斷被熱流體加熱，冷熱流體的分層將不能保持恒定。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能保證反應(yīng)堆在正常運(yùn)行工況下，密度鎖內(nèi)冷熱 流體穩(wěn)定分層，并且安全有效地將主冷卻劑回路與非能動(dòng)余熱排出回路隔離的溫 控密度鎖。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由降擾均壓段、密度分層段和溫控段組成； 降擾均壓段安置在控溫式密度鎖的上部，由上封頭和鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)組成，鋸齒 形柵格結(jié)構(gòu)由高低不同的柵格板組合而成；密度分層段安置在降擾均壓段下方， 位于控溫式密度鎖的中部，由管板、管束和外殼體組成；溫控段位于密度鎖的下 方，由管束、下管板和下封頭組成。本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、 降擾均壓段的柵格結(jié)構(gòu)的外緣與上封頭的內(nèi)壁相切。2、 相鄰隔板的高度差為1/2長(zhǎng)隔板的高度，并且大于子通道當(dāng)量直徑的4 倍長(zhǎng)。3、 所述密度分層段的管束通過(guò)上管板和中管板固定在外殼體的內(nèi)側(cè)，管束 外側(cè)與外殼體內(nèi)壁之間的封閉空間里充入流體。4、 密度分層段管束的排列與降擾均壓段的鋸齒形柵格錯(cuò)開(kāi)分體布置，每四 個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)圓管。5、 所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接。 本發(fā)明控溫式密度鎖分成降擾均壓段、密度分層段和溫控段三個(gè)獨(dú)立單元。所述降擾均壓段安置在控溫式密度鎖的上部，由上封頭和鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)組成。 鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)由高低不同的柵格板組合而成，將密度鎖分成一系列小的矩形子 通道。柵格結(jié)構(gòu)的外緣與上封頭的內(nèi)壁相切。當(dāng)密度鎖上方產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，高低不 同的柵格通道可以將擾動(dòng)強(qiáng)度分解降低。當(dāng)相鄰隔板的高度差為1/2長(zhǎng)隔板的高 度，并且大于子通道當(dāng)量直徑的4倍長(zhǎng)時(shí)，擾動(dòng)強(qiáng)度可以被顯著降低。當(dāng)矩形子 通道之間存在壓力不均衡現(xiàn)象時(shí)，則在子通道之間會(huì)形成自然對(duì)流，從而實(shí)現(xiàn)流 體在進(jìn)入密度分層段時(shí)，各通道內(nèi)的壓力已達(dá)到均衡，保證了密度分層段內(nèi)流體
分層不會(huì)因?yàn)樽油ǖ乐g存在壓力差而導(dǎo)致分層消失。所述密度分層段安置在降擾均壓段下方，位于控溫式密度鎖的中部，由管板、 管束和外殼體組成。管束通過(guò)上管板和中管板固定在外殼體的內(nèi)側(cè)，管束外側(cè)與 外殼體內(nèi)壁之間的封閉空間里充入流體，主要是為了消除管道之間及管子內(nèi)部存 在的水平溫差。另外，當(dāng)熱流體在上、冷流體在下，由于密度差而形成分層的時(shí) 候，在密度分層內(nèi)部極易形成內(nèi)波振蕩，也就是所謂的Brunt-Vaisala波動(dòng)，其頻 率可以表示為根據(jù)上式，要想避免這種內(nèi)波振蕩，可以通過(guò)改變流體流通截面或者是沿管 道的徑向方向輸入熱量，即改變密度沿軸向的變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用后者方法相對(duì) 復(fù)雜，因此，在本發(fā)明中是采用改變流體流通截面的方法，將密度分層段管束的 排列與降擾均壓段的鋸齒形柵格錯(cuò)開(kāi)分體布置，每四個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)圓管，這 樣流體從均壓抗擾段的小矩形通道進(jìn)入密度分層段的管束內(nèi)時(shí)，流通截面產(chǎn)生變 化，從而可以有效避免密度分層內(nèi)由于內(nèi)波振蕩引起的密度分層不穩(wěn)定性。所述溫控段位于密度鎖的下方，由管束、下管板和下封頭組成。為了實(shí)現(xiàn)冷 熱流體密度分層的穩(wěn)定性，管束內(nèi)側(cè)的流體與管外側(cè)大空間的流體以導(dǎo)熱的方式 進(jìn)行熱量交換，從而將密度分層段內(nèi)熱流體傳給冷流體的熱量源源不斷的導(dǎo)出， 保證了冷熱流體的穩(wěn)定分層。所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接，使之形成一個(gè)整 體的控溫式密度鎖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明控溫式密度鎖采用多層分離結(jié)構(gòu)、有效地解決了管道變徑、平衡管道 壓力、減小水平溫差以及消除內(nèi)波振蕩和熱量輸出的問(wèn)題，保證了密度鎖內(nèi)密度 分層的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了在反應(yīng)堆穩(wěn)定運(yùn)行中，事故冷卻水回路的有效隔離。與傳統(tǒng)的密度鎖結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明控溫式密度鎖具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果(1) 消除了內(nèi)波振蕩、水平溫差、壓力不均衡和熱量輸出對(duì)密度分層穩(wěn)定 性的影響，保證密度鎖內(nèi)冷熱流體界面的穩(wěn)定分層。(2) 安裝在現(xiàn)有反應(yīng)堆的一回路系統(tǒng)中，可以保證在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)， 依靠密度分層有效隔離主冷卻劑回路和事故冷卻水回路；當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)事故時(shí)，密度分層界面的壓力平衡被打破，密度鎖自動(dòng)打開(kāi)，事故冷卻水系統(tǒng)投入運(yùn)行。 從而實(shí)現(xiàn)在不依靠外界動(dòng)力和人力介入的情況下，將反應(yīng)堆熱量及時(shí)導(dǎo)出。(3) 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以比較方便的進(jìn)行安裝、維修；(4) 本發(fā)明應(yīng)用到核反應(yīng)堆非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)當(dāng)中，可以大大提高反應(yīng) 堆運(yùn)行的安全性。(四)
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的I處局部放大示意圖；圖3是圖1的A-A剖視圖； 圖4是圖1的B-B剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1-4，本發(fā)明新型控溫式密度鎖由上封頭1、鋸齒形柵格架2、上管 板3、外殼體4、圓管管束體5、中管板6、下管板7和下封頭8組成。其中上封 頭1和鋸齒形柵格架2組成新型控溫式密度鎖的降擾均壓段，上管板3、外殼體 4和圓管管束體5的上部分組成密度分層段，圓管管束體5的下部分、中管板6 和下封頭8形成控溫段。在降擾均壓段內(nèi)，鋸齒形柵格架2的外緣與上封頭1的內(nèi)壁相切，為了降低 擾動(dòng)，柵格架2采用鋸齒形結(jié)構(gòu)。為了平衡每個(gè)子通道內(nèi)的壓力，鋸齒形柵格架 2的下端坐落在上管板3上，從而實(shí)現(xiàn)流體在進(jìn)入密度分層段時(shí)，各通道內(nèi)的壓 力已達(dá)到均衡，保證了密度分層段內(nèi)流體分層不會(huì)因?yàn)樽油ǖ乐g存在壓力差而 導(dǎo)致分層消失。為了消除密度分層段內(nèi)的內(nèi)波振蕩，鋸齒形柵格架2與圓管管束 體5錯(cuò)開(kāi)分體布置，每四個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)圓管，具體布置方式見(jiàn)圖l-4所示， 當(dāng)流體從鋸齒形柵格通道進(jìn)入管束內(nèi)時(shí)，流動(dòng)截面發(fā)生變化，從而阻止了內(nèi)波的 向下傳遞。在密度分層段內(nèi)，上管板3、外殼體4和中管板6通過(guò)法蘭進(jìn)行密封連接， 在上管板3、外殼體4、管束5和中管板6之間的封閉空間內(nèi)充入流體，目的是 為了消除密度分層段內(nèi)管束5內(nèi)以及管束5管道之間水平溫差的存在，保證密度 分層界面的穩(wěn)定性。 管束5穿過(guò)中管板6后，繼續(xù)向下延伸至下管板7，在中管板6和下管板7 之間的管束5與下封頭8形成了控溫式密度鎖的溫控段。管束內(nèi)側(cè)的流體與管外 側(cè)大空間的流體以導(dǎo)熱的方式進(jìn)行熱量交換，從而將密度分層段內(nèi)熱流體傳給冷 流體的熱量源源不斷的導(dǎo)出，保證了冷熱流體的穩(wěn)定分層。本發(fā)明控溫式密度鎖的降擾均壓段、密度分層段和溫控段之間通過(guò)法蘭連 接，在控溫式密度鎖正常工作時(shí)，上封頭l與一回路主管道、下封頭8與事故冷 卻水回路均通過(guò)法蘭進(jìn)行密封連接，主冷卻劑由上封頭1進(jìn)入，事故冷卻水由下 封頭8進(jìn)入，在密度分層段，熱的主冷卻劑與冷的事故冷卻水相遇形成密度分層， 從而可以將事故冷卻回路有效隔離，達(dá)到反應(yīng)堆在不依靠外界動(dòng)力介入時(shí)正常運(yùn) 行的目的。
權(quán)利要求
1、一種溫控密度鎖，其特征是它由降擾均壓段、密度分層段和溫控段組成；降擾均壓段安置在控溫式密度鎖的上部，由上封頭和鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)組成，鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)由高低不同的柵格板組合而成；密度分層段安置在降擾均壓段下方，位于控溫式密度鎖的中部，由管板、管束和外殼體組成；溫控段位于密度鎖的下方，由管束、下管板和下封頭組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的溫控密度鎖，其特征是所述的降擾均壓段的柵 格結(jié)構(gòu)的外緣與上封頭的內(nèi)壁相切。
3、 根據(jù)權(quán)利要求
2所述的溫控密度鎖，其特征是相鄰隔板的高度差為 1/2長(zhǎng)隔板的高度，并且大于子通道當(dāng)量直徑的4倍長(zhǎng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求
l、 2或3所述的溫控密度鎖，其特征是所述密度分層 段的管束通過(guò)上管板和中管板固定在外殼體的內(nèi)側(cè)，管束外側(cè)與外殼體內(nèi)壁之 間的封閉空間里充入流體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求
l、 2或3所述的溫控密度鎖，其特征是密度分層段管 束的排列與降擾均壓段的鋸齒形柵格錯(cuò)開(kāi)分體布置，每四個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)圓 管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求
4所述的溫控密度鎖，其特征是密度分層段管束的排列 與降擾均壓段的鋸齒形柵格錯(cuò)開(kāi)分體布置，每四個(gè)子通道對(duì)應(yīng)一個(gè)圓管。
7、 根據(jù)權(quán)利要求
l、 2或3所述的溫控密度鎖，其特征是所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求
4所述的溫控密度鎖，其特征是所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求
5所述的溫控密度鎖，其特征是所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求
6所述的溫控密度鎖，其特征是所述降擾均壓段、密度分層段和控溫段可以通過(guò)法蘭連接。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明提供的是一種溫控密度鎖。它由降擾均壓段、密度分層段和溫控段組成；降擾均壓段安置在控溫式密度鎖的上部，由上封頭和鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)組成，鋸齒形柵格結(jié)構(gòu)由高低不同的柵格板組合而成；密度分層段安置在降擾均壓段下方，位于控溫式密度鎖的中部，由管板、管束和外殼體組成；溫控段位于密度鎖的下方，由管束、下管板和下封頭組成。本發(fā)明控溫式密度鎖采用多層分離結(jié)構(gòu)，有效地解決了管道變徑、平衡管道壓力、減小水平溫差以及消除內(nèi)波振蕩和熱量輸出的問(wèn)題，保證了密度鎖內(nèi)密度分層的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了在反應(yīng)堆穩(wěn)定運(yùn)行中，事故冷卻水回路的有效隔離。
文檔編號(hào)G21C15/18GKCN101105985SQ200710072676
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年8月20日
發(fā)明者孫中寧, 曹夏昕, 谷海峰, 閻昌琪 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan