[發明專利]反應堆蒸汽發生器C型管束

有效

• 申請號: 202011491466.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112652414B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 郝建立;李明芮;馬俊杰;陳文振
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G21D1/00
• 分類號: G21D1/00;F28D15/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊傳武

本發明公開了一種反應堆蒸汽發生器C型管束，保持原有蒸汽發生器并聯U型管束總的傳熱面積和管束的高度基本不變，包括頂部聯箱、底部聯箱、左C型管、右C型管以及一回路熱流體接管；所述左C型管和右C型管的結構相同，均為C型管狀結構，二者左右對稱布置；所述頂部聯箱和底部聯箱分別位于蒸汽發生器的頂部和底部，二者的左右兩側分別通過左C型管和右C型管連接；所述一回路熱流體接管從外部接入頂部聯箱。本發明從根本上解決了蒸汽發生器倒流的問題，有效降低了系統一回路流動阻力，總壓降隨流量的變化曲線不存在負的斜率區，流量分配較U型管更加均勻，對反應堆自然循環能力有較大提高。

技術領域

本發明屬于核動力技術領域，涉及到核動力裝置，具體涉及一種反應堆蒸汽發生器C型管束。

背景技術

核動力裝置(Nuclear Power Plant)是以核燃料代替普通燃料、利用核反應堆內核燃料的裂變反應產生熱能并轉變為動力的裝置。它可以作為船舶的一種主動力裝置。核動力裝置主要包括核反應堆、產生動力的系統和設備，如核蒸汽供應系統和核電站汽輪機等，以及為保證設備正常運行、人員健康和安全所需要的系統和設備等。核燃料在核動力裝置的反應堆中產生裂變反應，釋放巨大能量，被不斷循環的冷卻水吸收，后者又通過蒸汽發生器將熱量傳給第二個回路中的水，使之變為蒸汽后到汽輪機中作功。核動力裝置功率大，一次裝填核燃料可以用上好幾年。裝備核動力裝置的艦船，幾乎有無限的續航力，所以核動力裝置主要用于大型軍艦和潛艇。

現有技術中存在的主要問題和缺陷包括：

核動力裝置可以依靠自然循環在正常運行或事故條件下帶走反應堆產生的熱量，這是保持反應堆安全的關鍵。但是，由于與強迫循環相比，自然循環驅動力相對較小、系統參數耦合性較強，所以現有反應堆立式U型管蒸汽發生器在自然循環工況下很容易出現流動不穩定現象，特別是倒流現象。在自然循環工況中，蒸汽發生器部分U型管內會發生倒流現象，使得其出口腔室內溫度較低的一回路冷卻劑倒流至進口腔室。倒流的出現使得蒸汽發生器有效傳熱面積減少，倒流流體在進口腔室內與熱段來流進行復雜的混合、耗散，使得自然循環條件下蒸汽發生器的流動阻力系數較強迫循環工況增大數倍，從而導致系統自然循環流量低于設計值，使得反應堆運行安全存在較大風險，而且在部分自然循環試驗中，曾發生一回路系統無法建立自然循環的情況，極大地挑戰了反應堆的安全性。

對于船用核動力裝置，運行環境復雜多變，工況變動頻繁，特別是強迫循環向自然循環轉換過程中U型管內流體的運行參數會發生改變。倒流現象不僅會大幅降低一回路系統自然循環能力，還會與蒸汽發生器二次側流體流動傳熱相互耦合相互影響，對反應堆安全帶來極大的挑戰。現有解決蒸汽發生器倒流的方法主要有非對稱U型管設計和設置上升非換熱段，這兩項技術可以有效的減少倒流臨界流量和臨界壓降，從而使蒸汽發生器并聯U型管束避開倒流區間運行，但是不能夠從根本上解決倒流問題的發生。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題和缺陷，本發明提供了一種反應堆蒸汽發生器C型管束，從根本上解決了蒸汽發生器倒流的問題，有效降低了系統一回路流動阻力，總壓降隨流量的變化曲線不存在負的斜率區，流量分配較U型管更加均勻，對反應堆自然循環能力有較大提高。

為此，本發明采用了以下技術方案：

一種反應堆蒸汽發生器C型管束，保持原有蒸汽發生器并聯U型管束總的傳熱面積和管束的高度基本不變，包括頂部聯箱、底部聯箱、左C型管、右C型管以及一回路熱流體接管；所述左C型管和右C型管的結構相同，均為C型管狀結構，二者左右對稱布置；所述頂部聯箱和底部聯箱分別位于蒸汽發生器的頂部和底部，二者的左右兩側分別通過左C型管和右C型管連接；所述一回路熱流體接管從外部接入頂部聯箱。

進一步地，反應堆正常運行時，堆芯流出的熱流體從一回路熱流體接管進入頂部聯箱，然后分別流經左C型管和右C型管，與二次側流體進行傳熱后，冷流體向下流入底部聯箱，進而從底部聯箱流出，經過管道流入堆芯，吸收堆芯產生的熱量，形成循環流動。

優選地，所述C型管狀結構的上下段為彎管，中間為直管段。