一种超临界水冷堆控制棒装载方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种超临界水冷堆控制棒装载方法及结构，所述方法为选择单个或多个相邻的控制棒组件作为一个组合体，并将该组合体上的控制棒组件固定在一台控制棒驱动机构上，通过该控制棒驱动机构完成其上的单个或多个控制棒组件的提升或下插；所述结构包括位于超临界水冷堆压力容器上的控制棒组件及控制棒驱动机构，单个或多个相邻的控制棒组件固定在同一控制棒驱动机构上。本发明专利技术可降低超临界水冷堆压力容器顶盖设计难度，并简化控制棒组件运行管理程序，提高超临界水冷堆经济性、安全性及工程可实现性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆
，特别是涉及一种超临界水冷堆控制棒装载方法及结构。
技术介绍
超临界水冷堆(SCWR)是一种高温(出口温度500℃以上)、高压(系统运行压力25MPa)反应堆，具有热效率高、系统简化等突出优点。由于SCWR采用直接循环且冷却剂密度低，只能采用控制棒组件及固体可燃毒物控制后备反应性。为了实现长循环堆芯装载设计并提高反应性控制能力，需要在堆内布置大量控制棒组件(布置控制棒组件的组件数量达到90％以上)并在堆顶布置相应数量的控制棒驱动机构，这给SCWR压力容器顶盖设计带来了极大困难。此外，SCWR具有强核热耦合特性，设置大量控制棒组件组，需要采用精细且复杂的控制棒组件运行管理方法，才能保证堆芯核热耦合过程的稳定性。因此，传统PWR(压水冷堆)及BWR(沸水冷堆)控制棒组件布置及运行管理方法难以适用于超临界水冷堆，需要设计新型的堆芯控制棒组件装载方法，在提高堆芯控制棒组件布置数量、增强堆芯反应性控制能力以及运行灵活性的条件下，降低SCWR压力容器结构设计难度及要求，显著提高SCWR工程可实现性。
技术实现思路
本专利技术针对超临界水冷堆堆芯反应性控制需求及其强核热耦合特性，克服传统控制棒组件装载设计方法缺陷，提出一种新型的堆芯控制棒组件装载设计方法，在提高堆芯控制棒组件布置数量的同时，减少控制棒驱动机构布置数量，从而降低超临界水冷堆压力容器顶盖设计难度，并简化控制棒组件运行管理程序，以提高超临界水冷堆经济性、安全性及工程可实现性，基于以上专利技术目的，本专利技术提供了一种超临界水冷堆控制棒装载方法及结构。为解决上述问题，本专利技术提供的一种超临界水冷堆控制棒装载方法及结构通过以下技术要点来解决问题：一种超临界水冷堆控制棒装载方法，选择单个或多个相邻的控制棒组件作为一个组合体，并将该组合体上的控制棒组件固定在一台控制棒驱动机构上，通过该控制棒驱动机构完成其上的单个或多个控制棒组件的提升或下插。本专利技术提供了一种应用于超临界水冷堆的新型控制棒组件布置方案设计方法，即将单个或多个相邻控制棒组件作为一个组合体，由一台控制棒驱动机构进行驱动。与现有PWR的“棋盘式”控制棒组件布置方法相比，控制棒组件布置数量能够大幅度增加，与BWR的全堆芯控制棒组件布置方法相比，控制棒驱动机构的需求数量可以大幅度降低。以上设计方法带来的技术效果是显著降低超临界水冷堆耐高温、耐高压的压力容器顶盖结构设计难度；同时，堆芯控制棒组件束(控制棒驱动机构)数量的减少，可以简化控制棒组件运行管理程序，从而降低控制棒组件动作对堆芯功率分布的扰动，更好地满足超临界水冷堆运行中的稳定性要求。作为一种为便于限制单束控制棒组件价值的设计方案，一个组合体上控制棒组件的数量不大于5个。作为一种具体的控制棒组件装载方法，该装载方法充分考虑到了正方形燃料组件反应堆堆芯的几何形状、控制棒驱动机构设计和布置的便捷性：组成一个组合体的控制棒组件均为正方形组件堆芯，该组合体为如下控制棒组件组合方式的任意一种：C1、包括一盒控制棒组件；C2、包括两盒控制棒组件，两盒控制棒组件成排布置；C3、包括三盒控制棒组件，三盒控制棒组件成排布置；C4、包括四盒控制棒组件，四盒控制棒组件成排布置；C5、包括三盒控制棒组件，其中的两盒控制棒组件的任意一条边分别与第三盒控制棒组件的不同边贴合，且第三盒控制棒组件用于与另外两盒控制棒组件贴合的边为相邻边；C6、包括四盒控制棒组件，四盒控制棒组件组成一个正方形；C7、包括五盒控制棒组件，五盒控制棒组件成排布置；C8、包括五盒控制棒组件，其中的一盒控制棒组件位于中央，其余四盒控制棒组件的任意一条边分别与中央的控制棒组件的不同边贴合。该控制棒组件装载方法为基于正方形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法，其中，该基于正方形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法中控制棒组件的数量为121、157、177盒中的一个；当控制棒组件盒数数量为121时，共布置45台控制棒驱动机构，其中包括4个C1控制棒组件组合方式，12个C2控制棒组件组合方式、12个C3控制棒组件组合方式，12个C5控制棒组件组合方式，4个C6控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上；当控制棒组件盒数数量为157时，共布置57台控制棒驱动机构，其中包括8个C1控制棒组件组合方式，8个C2控制棒组件组合方式、20个C3控制棒组件组合方式，12个C5控制棒组件组合方式，8个C6控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上；当控制棒组件盒数数量为177时，共布置69台控制棒驱动机构，其中包括16个C1控制棒组件组合方式，12个C2控制棒组件组合方式、24盒控制棒组件组合方式，8个C5控制棒组件组合方式，4个C6控制棒组件组合方式，4个C7控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上。具体的，以上同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上旨在考虑压力容器上组合体设置的对称性，以利于功率的均匀分布；同时，本设计方法中除考虑组合体对称性因素外，还装载方法还包括如下原则：1)堆芯外围区域的控制棒组件束采用包含控制棒组件数量较多的组合体；2)功率较高或燃耗较浅区域，采用包含控制棒组件数量较多的组合体；3)用于安全停堆及启动运行的控制棒组件束采用包含控制棒组件数量较多的组合体。由于压力容器结构限制，采用正方形燃料组件的121、157、177堆芯中，分别最多只能布置45台、57台、69台控制棒驱动机构。若采用传统的控制棒布置方式，121堆芯只能在45盒组件中布置控制棒，157堆芯只能在57盒组件中布置控制棒，177堆芯只能在69盒组件中布置控制棒。采用本案提出的控制棒布置装载方法，各类堆芯中控制棒布置数量可以提高一倍以上，大幅度提高超临界水冷堆的反应性控制能力，为实现超临界水冷堆的长循环设计奠定坚实基础。作为一种具体的控制棒组件装载方法，该方法充分考虑到了六角形燃料组件反应堆堆芯的几何形状、控制棒驱动机构设计、布置的便捷性：组成一个组合体的控制棒组件均为六角形组件堆芯，该组合体为如下控制棒组件组合方式的任意一种：H1、包括一盒控制棒组件；H2、包括两盒控制棒组件，两盒控制棒组件成排布置；H3、包括三盒控制棒组件，三盒控制棒组件成排布置；H4、包括三盒控制棒组件，其中的两盒控制棒组件的任意一条边分别与第三盒控制棒组件的不同边贴合，且第三盒控制棒组件用于与另外两盒控制棒组件贴合的边为相邻边；H5、包括四盒控制棒组件，其中的一盒控制棒组件位于中央，其余三盒控制棒组件的任意一条边分别与中央的控制棒组件的不同边贴合，且处于外侧的三盒控制棒组件呈环状均布。该控制棒组件装载方法为基于六角形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法，其中，该基于六角形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法中控制棒组件的数量为121、163盒中的一个；当控制棒组件盒数数量为121时，共布置57台控制棒驱动机构，其中包括21个H1控制棒组件组合方式，18个H2控制棒组件组合方式、12个H3控制棒组件组合方式，7个H5控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，选择单个或多个相邻的控制棒组件作为一个组合体，并将该组合体上的控制棒组件固定在一台控制棒驱动机构上，通过该控制棒驱动机构完成其上的单个或多个控制棒组件的提升或下插。

【技术特征摘要】
1.一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，选择单个或多个相邻的控制棒组件作为一个组合体，并将该组合体上的控制棒组件固定在一台控制棒驱动机构上，通过该控制棒驱动机构完成其上的单个或多个控制棒组件的提升或下插。2.根据权利要求1所述的一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，一个组合体上控制棒组件的数量不大于5个。3.根据权利要求1所述的一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，组成一个组合体的控制棒组件均为正方形组件堆芯，该组合体为如下控制棒组件组合方式的任意一种：C1、包括一盒控制棒组件；C2、包括两盒控制棒组件，两盒控制棒组件成排布置；C3、包括三盒控制棒组件，三盒控制棒组件成排布置；C4、包括四盒控制棒组件，四盒控制棒组件成排布置；C5、包括三盒控制棒组件，其中的两盒控制棒组件的任意一条边分别与第三盒控制棒组件的不同边贴合，且第三盒控制棒组件用于与另外两盒控制棒组件贴合的边为相邻边；C6、包括四盒控制棒组件，四盒控制棒组件组成一个正方形；C7、包括五盒控制棒组件，五盒控制棒组件成排布置；C8、包括五盒控制棒组件，其中的一盒控制棒组件位于中央，其余四盒控制棒组件的任意一条边分别与中央的控制棒组件的不同边贴合。4.根据权利要求3所述的一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，该控制棒组件装载方法为基于正方形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法，其中，该基于正方形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法中控制棒组件的数量为121、157、177盒中的一个；当控制棒组件盒数数量为121时，共布置45台控制棒驱动机构，其中包括4个C1控制棒组件组合方式，12个C2控制棒组件组合方式、12个C3控制棒组件组合方式，12个C5控制棒组件组合方式，4个C6控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上；当控制棒组件盒数数量为157时，共布置57台控制棒驱动机构，其中包括8个C1控制棒组件组合方式，8个C2控制棒组件组合方式、20个C3控制棒组件组合方式，12个C5控制棒组件组合方式，8个C6控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上；当控制棒组件盒数数量为177时，共布置69台控制棒驱动机构，其中包括16个C1控制棒组件组合方式，12个C2控制棒组件组合方式、24盒控制棒组件组合方式，8个C5控制棒组件组合方式，4个C6控制棒组件组合方式，4个C7控制棒组件组合方式，1个C8控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上。5.根据权利要求1所述的一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，组成一个组合体的控制棒组件均为六角形组件堆芯，该组合体为如下控制棒组件组合方式的任意一种：H1、包括一盒控制棒组件；H2、包括两盒控制棒组件，两盒控制棒组件成排布置；H3、包括三盒控制棒组件，三盒控制棒组件成排布置；H4、包括三盒控制棒组件，其中的两盒控制棒组件的任意一条边分别与第三盒控制棒组件的不同边贴合，且第三盒控制棒组件用于与另外两盒控制棒组件贴合的边为相邻边；H5、包括四盒控制棒组件，其中的一盒控制棒组件位于中央，其余三盒控制棒组件的任意一条边分别与中央的控制棒组件的不同边贴合，且处于外侧的三盒控制棒组件呈环状均布。6.根据权利要求5所述的一种超临界水冷堆控制棒装载方法，其特征在于，该控制棒组件装载方法为基于六角形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法，其中，该基于六角形组件堆芯的超临界水冷堆控制棒装载方法中控制棒组件的数量为121、163盒中的一个；当控制棒组件盒数数量为121时，共布置57台控制棒驱动机构，其中包括21个H1控制棒组件组合方式，18个H2控制棒组件组合方式、12个H3控制棒组件组合方式，7个H5控制棒组件组合方式，其中，同一种控制棒组件组合方式对称布置于超临界水冷堆的压力容器上；当控制棒组件盒数数量为163时，共布置70台控制棒驱动机构，其中包括27个H1控制棒组件组合方式，12个H2控...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏榜样，卢迪，王连杰，李庆，李翔，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51