[发明专利]一种球床式高温气冷堆的底反射层结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种球床式高温气冷堆的底反射层结构,适用于高温气冷堆堆内构件技术领域。

背景技术

球床式高温气冷堆内由反射层石墨砖组成堆芯腔。在堆芯腔内燃料球由上向下流动，经卸球管流出堆芯腔。载热剂（也称冷却剂）由顶反射层内的冷气室进入堆芯腔，经过球床堆芯被加热向下流动，通过底反射层内的孔道流向热气室。所有反射层都是由扇形石墨砖堆砌起来的。由于石墨是不能焊接的材料，所以石墨砖只能堆砌在一起用键和榫连成一个整体。

底反射层在反射层结构的下部，如图1所示。上部承载堆芯燃料球床如图1的2所示，燃料球经过有倾斜面的底部流入卸球管，再流出反应堆，如图1的3所示。为了保证燃料球的流动，要求底部倾斜面的设计，不得小于30°。

同时由堆芯向下流动的热氦气也要通过底反射层进入下面的热气室，如图1的4所示。因此必须在底反射层内设计有气体流动孔道，以保证热氦气的向下流动。

底反射层受到全部球床的重力作用，高温氦气也自上向下流动增加了对球床的压力。在反应堆运行中，并有快中子高温辐照作用。因此要保证底反射层在正常运行工况和各种事故工况下的安全运行是非常重要的。

柱状燃料高温气冷堆的底反射层结构并不是一个整体结构，而是由各个柱状燃料元件自然向下延伸的结构。

球床式高温气冷堆的底反射层结构是由多个扇形石墨砖堆砌起来的整体结构。它起到了包容和支撑燃料球床堆芯的作用。并在其中形成热气室把由堆芯下流的热氦气集中起来送到蒸发器去。

较早时期投产的球床式高温气冷堆的底反射层设计中有两种结构形式。

一种是THTR-300高温气冷堆。为了流过热氦气在底反射层上钻有圆孔，使热氦气沿孔下流。但这种方式，要求孔的直径比较小，否则将会阻碍燃料球的流动。但是孔开的小就会增加氦气流的阻力，加大驱动风机的功率。研究表明，燃料球直径60mm，孔的直径不得超过16mm。这样就需要开出太多的小孔，使总的湿周增加，因而大大增加热氦气的阻力。

另一个是AVR高温气冷堆。它是将底反射层石墨砖径向缝隙扩大，使氦气沿着狭长缝隙下流。这样可以增加流动面积，减小氦气流的阻力。但是这种方式却带来很大的弊病。在运行中由于沿圆周方向多数缝隙可能变小，最后使某几个缝隙变宽，再加上原有孔道使整个孔道变宽许多。燃料球在上面流过时，由于球床的重力挤压而产生卡球现象。甚至将燃料球挤坏。在AVR高温气冷堆退役检查中，发现了卡球现象。不但挤坏了燃料球，还造成气流孔道的破坏。这样就造成了反应堆运行的安全问题，是不允许的。

在模块式的高温气冷实验堆HTR-10中，底反射层设计采用了既有开小圆孔，也有在石墨砖边界上的开槽。显然这是THTR-300和AVR两种高温气冷堆设计的结合，是一种折中的办法。对于小的实验堆，这种办法还可用。但用在大的示范电站或商用堆上显然是不可取的。

为了解决上述问题，必须对底反射层进行了新的设计，使其能够避免上述缺陷，并圆满地实现燃料球流动和氦气过流的功能。这才能够保证底反射层运行的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于安全可靠的反应堆底反射层结构设计。这种新的底反射层结构采用在斜面砖上，沿径向方向开出有限长的狭长孔，狭长孔下端有过渡段。这种结构可以使燃料球顺利滚下进入卸球管，不存在卡球现象。斜面砖的下面有气体联箱连接下面的垂直孔道，最终将高温气体导入热气室。

本发明在第一层斜面石墨砖的径向边界上（即该边界沿着整个堆芯的径向；或者参见图2中的附图标记RB）不得开出半孔位，即在两个相邻的斜面石墨砖的径向边界上不存在一个完整的狭长孔。两个相邻斜面石墨砖径向边界之间只留有很小的缝隙以保证补偿石墨砖之间的热膨胀差，避免造成相邻石墨砖之间的挤压而产生石墨砖的破坏。这就避免了由于多个砖之间的缝隙减小而在某两个石墨砖之间产生过大的缝隙，增加了原有边界间存在的狭长孔的宽度从而导致卡球现象。

在两个斜面石墨砖径向边界上开出完整的狭长孔对机械加工是容易实现的。但由于缝隙积累在运行中会出现卡球现象，正像AVR高温气冷堆所检查到的那样事故，是不允许的。为此本发明转而采用在石墨砖内加工狭长孔的方式。

申请人注意到，一方面，狭长孔宽度超过15mm就会出现卡球现象。同时这样窄的狭长孔也会造成在很厚的石墨砖中加工的困难，并且狭长孔数目较多对结构的强度设计也不利。但减少窄狭长孔的数目又会造成热气流阻力增加。