核电厂控制棒驱动线冷态试验装置和试验方法

技术领域

本发明涉及核电厂反应堆控制棒驱动线冷态试验，更具体地说，本发明涉 及一种控制棒驱动线冷态试验装置和试验方法。

背景技术

反应堆控制棒驱动线是核电厂安全运行的重要保证，其利用布置在压力容 器上部的驱动机构带动控制棒组件在堆芯内上下运动，控制堆芯反应性的快速 变化，以实现反应堆启动、功率调节、正常停堆和事故工况下的紧急停堆。由 于反应堆控制棒驱动线功能的可靠性直接关系到反应堆的运行安全，因此反应 堆设计时需要通过驱动线冷态试验验证驱动线设计的可靠性。

整个驱动线系统是由驱动机构、导向筒组件、燃料组件和控制棒组件等构 成，并配有棒位指示器和驱动机构电源控制装置。试验时，取一组驱动线系统， 对组成驱动线的各部件采用1:1全尺寸模拟，在冷态下进行功能性试验，测定 驱动线的综合性能。控制棒驱动线冷态试验需要测定控制棒组件在不同工况下 的落棒时间、测量落棒时控制棒导向管内的瞬态压力、落棒终了时驱动杆和控 制棒组件对燃料组件上管座的冲击力等，以便依此来确定驱动线上各部件的改 进方案，冷态试验工况包括：静水、动水落棒试验；冷却剂流量变化试验；错 对中试验；横向流试验等。

但是，现有的驱动线冷态试验装置只能用于进行12英尺堆芯的试验验证， 上、下部导向筒类型只能为12英尺堆型的；而且试验测定内容仅为不同错对中 量下的落棒速度和落棒时间，不能够进行横向流试验，也无法测定落棒终了时 的冲击力和落棒过程中导向管内的瞬态压力。

有鉴于此，确有必要提供一种使用范围较广的多功能控制棒驱动线冷态试 验装置和试验方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种使用范围较广的多功能控制棒驱动线冷态试 验装置和试验方法，以便对不同规格的试验件进行多方面试验，并通过试验结 果优化驱动线设计。

为了实现上述目的，本发明提供了一种核电厂控制棒驱动线冷态试验装置， 其包括模拟反应堆压力容器的承压筒体、导向筒组件、燃料组件、控制棒组件 和驱动机构；承压筒体是由顶部筒体、上部筒体、下部筒体和底部连接筒体组 合成的容器，各节筒体之间依次通过法兰可拆卸连接。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述下部筒体 用于包容、支承、固定和调整燃料组件，其上端通过法兰与上部筒体的下端连 接；下部筒体内固定有可拆卸的方形通道，燃料组件设置在方形通道内。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述下部筒体 的上部筒壁上开设有一个穿孔，燃料组件的上部设有用于测定落棒终了时冲击 力的冲击力传感器，冲击力传感器的信号线通过下部筒体的穿孔引出而与外部 仪器连接。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述穿孔开设 于距下部筒体的顶端100～120mm处。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述底部连接 筒体是冷却剂的入口，其上端通过法兰与下部筒体的下端连接，下端则通过入 口法兰与试验回路连接起来形成闭式回路；底部连接筒体的上部筒壁上开设有 一个引出孔，控制棒导向管底部设有用于测定落棒过程中瞬时压力的压力传感 器，压力传感器的信号线通过底部连接筒体的引出孔引出而与外部仪器连接。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述引出孔开 设于距底部连接筒体的顶端200～220mm处。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述顶部筒体 的上端设有方便支承和固定控制棒驱动机构的偏心环支撑板，偏心环支撑板通 过错对中装置与控制棒驱动机构的管座连接；顶部筒体的上部筒壁上开设有两 个观察孔。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的一种改进，所述上部筒体 用于包容、支承、固定和调整下部控制棒导向组件，其上端通过法兰与顶部筒 体的下端连接；上部筒体的下部还设有一入口接管，中部则开设有一出口接管， 上部筒体和控制棒导向筒组件之间设有用于横向流试验的横向流限流器。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种核电厂控制棒驱动线冷态试验方 法，其使用的核电厂控制棒驱动线冷态试验装置包括模拟反应堆压力容器的承 压筒体、导向筒组件、燃料组件、控制棒组件和驱动机构；承压筒体是由顶部 筒体、上部筒体、下部筒体和底部连接筒体组合成的容器，各节筒体之间依次 通过法兰可拆卸连接；所述冷态试验方法是通过更换顶部筒体、上部筒体、下 部筒体中一节或多节筒体的方式，实现承压筒体轴向尺寸的加长或缩短，以对 不同活性段高度的堆芯燃料组件进行试验。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述下部筒体 用于包容、支承、固定和调整燃料组件，其上端通过法兰与上部筒体的下端连 接；下部筒体内固定有可拆卸的方形通道，燃料组件设置在方形通道内；所述 冷态试验方法通过更换方形通道的方式，实现对不同断面尺寸燃料组件进行试 验的目的。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述下部筒体 的上部筒壁上开设有一个穿孔，燃料组件的上部设有用于测定落棒终了时冲击 力的冲击力传感器，冲击力传感器的信号线通过下部筒体的穿孔引出而与外部 仪器连接。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述穿孔开设 于距下部筒体的顶端100～120mm处。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述底部连接 筒体是冷却剂的入口，其上端通过法兰与下部筒体的下端连接，下端则通过入 口法兰与试验回路连接起来形成闭式回路；底部连接筒体的上部筒壁上开设有 一个引出孔，控制棒导向管底部设有用于测定落棒过程中瞬时压力的压力传感 器，压力传感器的信号线通过底部连接筒体的引出孔引出而与外部仪器连接。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述引出孔开 设于距底部连接筒体的顶端200～220mm处。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述顶部筒体 的上端设有方便支承和固定控制棒驱动机构的偏心环支撑板，偏心环支撑板通 过错对中装置与控制棒驱动机构的管座连接；顶部筒体的上部筒壁上开设有两 个观察孔。

作为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验方法的一种改进，所述上部筒体 用于包容、支承、固定和调整下部控制棒导向组件，其上端通过法兰与顶部筒 体的下端连接；上部筒体的下部还设有一入口接管，中部则开设有一出口接管， 上部筒体和控制棒导向筒组件之间设有用于横向流试验的横向流限流器。

与现有技术相比，本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置将承压筒体设 置为多节段组合的可拆卸结构，通过更换筒体的方式实现了承压筒体轴向尺寸 的加长或缩短，从而能够对不同活性段高度的堆芯燃料组件进行试验。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装 置、试验方法及其有益效果进行详细说明，附图中：

图1至图3为本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置的结构示意图，由 于试验装置纵向尺寸较大，因此分截为三部分绘制。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附 图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书 中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置采用的是反应堆驱动线原型部 件，除燃料组件芯块采用贫轴或金属钼块外，驱动线其它部件包括控制棒驱动 机构、控制棒导向筒组件、控制棒组件、堆芯上板、堆芯下板、导向筒支承板 等均与反应堆原型相同。

请参阅图1至图3，本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置包括模拟反应 堆压力容器的承压筒体、导向筒组件12、燃料组件14、控制棒组件、驱动机构 16。

承压筒体是不锈钢多节段组合成的容器，其包括顶部筒体30、上部筒体40、 下部筒体50和底部连接筒体60，各节筒体之间以法兰连接。

顶部筒体30的上端设有方便支承和固定控制棒驱动机构16的偏心环支撑 板32，偏心环支撑板32通过错对中装置与控制棒驱动机构16的管座160连接， 具体连接方式为：错对中装置的偏心环80可转动地连接于偏心环支撑板32的 上表面；控制棒驱动机构的管座160插入偏心环80及偏心环支撑板32的穿孔 中，并与偏心环80固定连接。因此，通过偏心环80和偏心环支撑板32之间的 相对转动，可以使驱动机构16的中心准确地对中于承压筒体的中心，实现驱动 线的对中；也可以使两者相对转到一定的偏心位置上，实现驱动线的错对中， 从而找出满足快速落棒停堆时间要求的最大允许错对中量，再根据此值来确定 驱动线上各部件错对中分配量，优化驱动线设计。

顶部筒体30的上部筒壁上开设有两个观察孔34，观察孔34可供试验人员 直接观察落棒现象，也可以与高速摄影系统相连接而拍摄落棒的动态过程，以 便于进行试验分析。

上部筒体40用于包容、支承、固定和调整下部控制棒导向组件，其上端通 过法兰42与顶部筒体30的下端连接。上部筒体40的下部还设有一入口接管44， 中部则开设有一出口接管46。入口接管44位于控制棒导向筒连续段窗口处，用 于模拟反应堆上腔室的横向流；出口接管46用法兰与回路系统相连，用作驱动 线流体的出口。上部筒体40和控制棒导向筒组件12之间设有用于横向流试验 的横向流限流器48，横向流限流器48的底部通过螺栓可拆卸地连接固定在堆芯 上板18上。

下部筒体50用于包容、支承、固定和调整燃料组件14，其上端通过法兰 52与上部筒体40的下端连接。下部筒体50内固定有可拆卸的方形通道54，燃 料组件14设置在方形通道54内。下部筒体50的上部筒壁上开设有一个穿孔56， 燃料组件14的上部设有用于测定落棒终了时冲击力的冲击力传感器(图未示)， 冲击力传感器的信号线通过穿孔56引出而与外部仪器连接，从而实现落棒终了 时冲击力的测定。穿孔56开设于距下部筒体50的顶端约100～120mm处。

底部连接筒体60是冷却剂的入口，其上端通过法兰62与下部筒体50的下 端连接，下端则通过入口法兰64与试验回路连接起来形成闭式回路，以便模拟 驱动线的动水状态，进行动水状态下的落棒试验。底部连接筒体60内形成稳定 的水流腔室，其上部筒壁上开设有一个引出孔66，控制棒导向管底部设有用于 测定落棒过程中瞬时压力的压力传感器(图未示)，压力传感器的信号线通过引出 孔66引出而与外部仪器连接，从而实现落棒过程中瞬时压力的测定。引出孔66 开设于距底部连接筒体60的顶端约200～220mm处。

通过以上描述可知，本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置至少具有以 下优点：

1)由于承压筒体采用多节段组合而成，加之各节筒体之间以法兰连接，因此 顶部筒体30、上部筒体40、下部筒体50都可根据试验需要进行更换，从而能 够通过更换一节或多节筒体的方式实现承压筒体轴向尺寸的加长或缩短，以满 足不同活性段高度的堆芯燃料组件14的试验要求；

2)下部筒体50内的方形通道54为可拆卸连接，因此也可以根据不同类型燃 料组件14的断面尺寸进行更换，从而满足不同断面尺寸燃料组件14的试验要 求；

3)在燃料组件14上部设置用于测定落棒终了时冲击力的冲击力传感器，同 时在下部筒体50的筒壁上开设信号线穿孔56，从而实现了落棒终了时冲击力的 测定；

4)在导向管底部设置用于测定落棒过程中瞬时压力的压力传感器，同时在底 部连接筒体60的筒壁上开设信号线引出孔66，从而实现了落棒过程中瞬时压力 的测定；

5)在顶部筒体30的偏心环支撑板32和固定控制棒驱动机构16的管座160 之间设置双偏心环结构的错对中装置，使试验装置具有可以模拟反应堆内任何 一条驱动线的不同偏心度的能力，从而找出满足快速落棒停堆时间要求的最大 允许错对中量，再根据此值来确定驱动线上各部件错对中分配量，优化驱动线 设计；

6)在上部筒体40中设置用于横向流试验的横向流限流器48，使本发明不仅 能够进行纵向流方面的试验，还能够进行多种横向流试验。

与现有技术相比，本发明核电厂控制棒驱动线冷态试验装置不仅结构简单， 而且具有较宽的适应范围，能够对各种堆芯断面尺寸和活性段高度的反应堆驱 动线进行冷态对中、缓冲、横向流等方面的试验研究，为反应堆结构各部件的 设计和驱动线对中分析提供试验依据。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述 实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的 具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保 护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为 了方便说明，并不对本发明构成任何限制。