[發明專利]研究液力懸浮式非能動停堆裝置性能的可視化試驗裝置

有效

• 申請號: 201710588696.8
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107527663B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 田文喜;宋健;巫英偉;蘇光輝;秋穗正;張大林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00;G21C17/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種研究液力懸浮式非能動停堆裝置性能的可視化試驗裝置，由流動調整器、水力緩沖器、可視化套管、控制棒導向管、上部聯箱、非能動控制棒模型、吊裝支撐機構及相關連接件組成；本試驗裝置可用于模擬反應堆啟動時液力懸浮式非能動控制棒的提升過程，模擬反應堆穩態運行時控制棒懸浮位置的穩定性，模擬調節后發生事故流量降低時非能動控制棒自由下落的動態過程；同時還可以研究不同設計參數和試驗參數對非能動停堆裝置工作性能的影響，開展重復性試驗驗證液力懸浮式非能動停堆裝置的可靠性；本試驗裝置采用的整體結構簡單易于操作，安全性高，材料和工質成本低廉，試驗段的關鍵部件和設備都采用了可拆卸設計以便于升級改造，試驗過程可視化便于分析研究。

技術領域

本發明屬于核電廠保護系統設備性能驗證性試驗研究技術領域，具體涉及一種研究鈉冷快堆液力懸浮式非能動停堆裝置性能的可視化試驗裝置。

技術背景

像任何核反應堆系統一樣，鈉冷快堆內例行地裝備了電廠保護系統，以便在異常情況下都能進行快速而安全的停堆。常規的停堆系統依靠操作人員在反應堆出現異常或發生事故時通過調控設備達到安全停堆的目的，但這些能動的停堆系統都依賴于外部動力供給和人員正確操作，需要一定的響應時間，并且有可能失效。為了進一步降低發生事故的概率，提高反應堆系統的固有安全性，近年來國際上提出了多種非能動的停堆裝置，主要包括以下四種：磁性材料居里點溫度控制非能動停堆裝置、氣體膨脹驅動非能動停堆裝置、液力懸浮式非能動停堆裝置、控制棒熱膨脹強化驅動非能動停堆裝置。其中液力懸浮式非能動停堆裝置最容易實現，僅受冷卻劑流體力和非能動組件重力的影響，而不依賴其它任何外界材料、工質和動力，具有較快的響應速度。液力懸浮式非能動停堆裝置針對鈉冷快堆最嚴重的無保護失流事故，其原理是在正常運行工況下控制棒受到冷卻劑向上的液力維持懸浮在堆芯上部，在失流事故工況下當流量下降到設計值時控制棒的重力大于流體推力，控制棒下落實現停堆。這種停堆裝置類型采用標準組件，可以沿用傳統的設計及加工，材料無特殊要求，研發周期短經濟性好，并且已在俄羅斯BN800商用快堆內成功應用。

從工作原理可以看出懸浮式控制棒動作是流量敏感的，冷卻劑流量、控制棒和套管、導向管的結構尺寸共同決定了液力懸浮式非能動停堆裝置工作的穩定性和落棒時間，進而決定了系統響應時間和反應性引入速率，卡棒、響應時間或反應性引入速率不足都有可能導致冷卻劑過熱，引起燃料元件融化、放射性物質外泄等災難性后果。因此對液力懸浮式非能動停堆裝置開展堆外水力動態響應特性試驗是十分必要和重要的。此外，由于非能動停堆裝置在整個反應堆壽期內都安裝在堆內，故需要開展多次重復性試驗以測試控制棒的動態響應特性以及動作的可靠性。相關研究結果表明，近常壓條件下水的流動特性與近常壓條件下液鈉的流動特性具有極大的相似性，兩者都是低粘度流體且當水加熱到70℃時的粘度為4.06×10^‐4Pa·s，與實驗快堆典型工作溫度下鈉的粘度值3.09×10^‐4Pa·s相當，而密度差異引起的時間常數差異可以通過計算修正。因此出于經濟性和工程實施性等方面的考慮，國外的相關研究人員在進行堆內實驗前都會首先使用去離子水作為替代工質來研究停堆裝置的動態響應特性。

例如，俄羅斯在針對BR-10、BN-600、BN-800型鈉冷快堆設計研發液力懸浮式非能動停堆裝置的過程中都先采用全尺寸實體模型在水臺架上進行過組件性能測試和優化，但其試驗裝置設計和具體功能都未見公開；印度在針對PFBR型鈉冷快堆開發磁性材料居里點溫度控制非能動停堆裝置時先后在室溫空氣、70℃熱水以及不同溫度的鈉流體中對全尺寸實體模型進行了落棒性能測試和可靠性研究，使用超聲波探頭測量棒位，但該裝置只能對設計好的居里點溫度非能動停堆裝置進行集成應用測試，不適用于液力懸浮式非能動停堆裝置性能試驗也難以進行拓展研究，同時超聲波探頭測量盲區大且對流道結構和長度都有嚴格要求。