蓄压器注水罐和制造缓流器的方法.pdf

本发明目的是提供一种具有缓流器的蓄压器注水箱，其能在小流速时在旋流腔中建立很强的旋流，由此建立高流动阻力。在蓄压器(21)的缓流器注水箱(24)中，相对于从小流量管(27)和大流量管(26)之间的连接部分画出的、小流量管在大流量管(26)侧上的内表面(27b)的延长线(K)，从连接部(或第三交点(P3))以一自由喷射流体的发散比例来画出直线(L)，以由此确定直线与小流量管相对侧上的大流量管的内面(26d)之间的第一交点(P1)。画出从第一交点(P1)到旋流腔(25)的内周(25a)的切线，以确定该切线与旋流腔内周之间的第二交点(P2)。包含了将第一交点(P1)和第二交点(P2)连结的线的平面部分(25a-1)形成在旋流腔的内周的延伸面部分中，以使得延伸表面部分和大流量管在小流量管相对侧上的内面之间的连接部形成为大流量管和旋流腔之间的连接部(32)。

1、  一种在内部设置有缓流器的蓄压器，该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管，其中
大流量管和缓流器的旋流腔的第一连接部位于小流量管在大流量管那侧处的内表面的延长线外侧。

2、  如权利要求1所述的蓄压器，其中
相对于小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线以自由喷射流体散播比例从第一连接部画出直线，所述延长线是从大流量管和小流量管的第二连接部画出的，
获得大流量管在小流量管的相对侧处的内表面与该直线的第一交点，
从该第一交点到旋流腔的内周表面画出切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点，
包括把第一交点与第二交点连在一起的线的平表面部分用作旋流腔的内周表面的延伸表面部分，和
该延伸表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部为大流量管与旋流腔的第一连接部。

3、  一种制造缓流器的方法，该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管，该方法包括的步骤是：
从大流量管和小流量管的第二连接部画出小流量管在大流量管那侧处的内表面的延长线；
相对于所述延长线以自由喷射流体散播比例从第一连接部画出直线；
获得所述直线与大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的第一交点；
从该第一交点到旋流腔的内周表面画出切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点；
使用包括了把第一交点与第二交点相连的线的平表面部分作为旋流腔的内周表面的延伸表面部分；和
使用该延伸表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部作为大流量管与旋流腔的第一连接部。

蓄压器注水罐和制造缓流器的方法
技术领域
本发明涉及一种并入有缓流器的蓄压器，该缓流器能静态地将流速从大转换到小，且本发明涉及制造该缓流器的方法。
背景技术
应急芯部冷却系统(emergency core cooling system)安装在加压水反应堆(PWR)电站中。假设PWR可能引起主冷却剂流失的事故，应急芯部冷却系统包括蓄压器等。
水(冷却剂)储存于蓄压器(accumulator)中，且储存在其中的水被加压气体(氮气)加压，该气体填充在蓄压器中的上部。进而，缓流器能静态(statically)地将反应堆中的水注入流速从大流量转换到小流量(不用移动其任何部件)。缓流器包括旋流腔、大流量管、小流量管、出口管等，且该缓流器是在蓄压器的底部(见图1)。出口管的末端通过插置在反应堆主冷却回路的低温管线和该出口管末端之间的止回阀而连接到该低温管线。该止回阀用于避免从反应堆主冷却系统到蓄压器的回流。
如果PWR电站的反应堆主冷却系统的管线等破裂且冷却剂从破裂处流到外界(即在发生主冷却剂流失事故时)，则反应堆容器内的冷却剂量会减少，且由此反应堆芯部会露出。但是，在这种情况下，如果主冷却系统的压力下降到低于蓄压器中的压力，则储存在蓄压器中的水从主冷却系统管线通过止回阀注入到反应堆容器中，且由此重新淹没反应堆芯部。
在这种情况下，在初始阶段反应堆容器被通过以很大流速注入水而被快速地重新填充。然后，在反应堆中心被重新淹没时将，在随后的阶段，必要的是，水注入流速从大流量转换到小流量，因为过度注入水会将破裂处撕开。为了确保这种水注入流速转换操作，一种可靠的没有移动部件的缓流器被用于蓄压器。
通过使用这种缓流器进行水注入流速转换的原理将根据8(a)到8(c)(水平截面图)来解释。
如图8(a)到8(c)所示，缓流器10具有这样的结构，其中，大流量管2和小流量管3连接到圆柱形旋流腔1的周边部分(周缘部分)，而出口4形成在旋流腔1的中央。大流量管2和小流量管3相互以不同方向从出口4延伸。具体说，小流量管3沿与旋流腔1的周边部分(周缘部分)相切的方向沿左方延伸。同时，大流量管2沿右方延伸同时与小流量管3形成预定的角度θ。而且，尽管省略了显示，但是小流量管3的入口位于与旋流腔1相同的高度处。同时，大流量管2连接到向上延伸的立管。该立管的入口被定位为高于旋流腔1和小流量管4的入口。进而，出口管连接到旋流腔1的出口4。
而且，因为在水注入的初始阶段，蓄压器中的水平面高于大流量管2的入口，所以蓄压器中的水从大流量管2和小流量管3流到旋流腔1中，如图8(a)中箭头A和B所示。结果，从大流量管2注入的水(喷射流)与从小流量管3注入的水(喷射流体)相撞，且喷射流的角动量抵消。以这种方式，水流直接朝向出口4，如图8(a)中的箭头C所示。具体说，在此时旋流腔中没有形成旋流。因而，此时的流动阻力降低，且由此大量水流出出口4且注入到反应堆容器中。
相反，在水注入的较后阶段，蓄压器中的水平面下降到低于连接到大流量管2的立管的入口。因而，没有水从大流量管2流到旋流腔1中，且水仅通过小流量管3流入到旋流腔1中，如图8(b)中的箭头B所示。结果，从该小流量管3注入的水前进到出口4，同时形成旋流(旋转的流动)，如图8(b)中的箭头D所示。因而，流动阻力由于此时的离心力而增加，且出口4的流出量变为小流量。该装置被称为缓流器，因为其具有上述缓冲流速的功能。
应注意，现有技术文献描述了并入有缓流器的蓄压器，包括以下文献。
专利文献1：JPA-63-19597
专利文献2：JPA-5-256982
专利文献3：T.Ichimur，H.Chikahata“Advanced Accumulator for PWR”The Thermal and Nuclear Power Vol 1.48 No.5May 1997
发明内容
如上所述，目前正在开发的蓄压器是一种先进的蓄压器，其通过包括缓流器10而能静态且稳定地将流量从大转换到小。但是，该先进的蓄压器的缓流器10需要尽可能高地限定大流量和小流量之间的比例，以便实现合理的储罐容积。为此，重要的是，通过在大流量注入时确实地将来自大流量管2的喷射流与来自小流量管3的喷射流之间的角动量抵消而不在旋流腔中形成旋流。同时，有必要通过在从大流量到小流量的转换时在旋流腔1中形成很强的旋流来产生高的流动阻力。
因而，在小流量注入时通过沿切向方向将小流量管3连接到旋流腔1的周边部分(周缘部分)，强旋流在旋流腔1中形成。
但是，如图8(c)所示，从小流量管3吹出进入到旋流腔1中的水流(自由喷射流体)不仅包括沿切向方向(见虚线E)的直接流动而且包括散播到小流量管3在大流量管2侧处的内表面3a的延长线E之外的流动，如虚线F所示(由该自由流动引起的散播比例大约等于1/10)。相反，在面对小流量管的壁的常规结构中，大流量管2(内表面2a)与旋流腔1(内表面1a)的连接部6位于延长线E上或在延长线E以内。为此，来自小流量管3的喷射流体的一部分(自由喷射流体散播部分)与大流量管2的内表面2a碰撞，如箭头G所示，且经过大流量管2和旋流腔1的连接部2流到旋流腔2中。
结果，喷射流体的该部分与旋流腔1的内表面1a分离，且与前述切向方向相比，沿朝向旋流腔1的中心倾斜的流动方向流动。由于该流动的影响，来自小流量管3的喷射流体的总体流动方向与切向方向(如箭头B1所示)相比朝向旋流腔1的中心倾斜。因而，形成在旋流腔1中的旋流被喷射流体的角动量的减少所削弱。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种包括缓流器的蓄压器，该缓流器能在小流量注入时在旋流腔中形成强的旋流且由此获得高的流动阻力。
为了实现该目的，根据本发明第一方面的蓄压器为在内部设置有缓流器的蓄压器，该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管。因此，该蓄压器的特点在于，大流量管和缓流器的旋流腔的第一连接部位于小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线外侧。
而且，在第一方面的蓄压器的情况下，根据本发明第二方面的蓄压器特点在于：相对于小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线、以自由喷射流体散播比例、从第一连接部画出一直线，所述延长线是从大流量管和小流量管的第二连接部画出的；获得大流量管在小流量管的相对侧处的内表面与该直线的第一交点；从该第一交点到旋流腔的内周表面画出一切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点；包括把第一交点与第二交点连在一起的线的平表面部分用作旋流腔的内周表面的延伸表面部分；且该延伸内表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部为大流量管与旋流腔的第一连接部。
而且，根据本发明的第三方面的缓流器的制造方法是制造这样一种缓流器的方法：该缓流器包括圆柱形旋流腔、沿旋流腔的切向方向连接到旋流腔的周边部分的小流量管、连接到该周边部分并同时与该小流量管形成预定角度的大流量管、和连接到形成在旋流腔中央部分处的出口的出口管，该方法的特征在于包括步骤：从大流量管和小流量管的第二连接部处画出小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线；相对于所述延长线以自由喷射流体散播比例从第一连接部画出一直线；获得所述直线与大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的第一交点；从该第一交点到旋流腔的内周表面画出一切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点；使用包括了把第一交点与第二交点相连的线的平表面部分作为旋流腔的内周表面的延伸表面部分；和使用延伸表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部作为大流量管与旋流腔的第一连接部。
本发明第一方面的蓄压器的特点在于缓流器的旋流腔与大流量管的第一连接部位于小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线的外侧。因而，来自小流量管的自由喷射流体的散播部分在小流量注入时沿旋流腔的内周表面流动而不会从旋流腔的内周表面分离。因此，可以在旋流腔中形成强旋流，以获得高流动阻力。
特别地，本发明第二方面的蓄压器的特点在于：相对于小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线以自由喷射流体散播比例从第一连接部画出一直线，所述延长线是从大流量管和小流量管的第二连接部画出的；获得大流量管在小流量管的相对侧处的内表面与该直线的第一交点；从该第一交点到旋流腔的内周表面画出一切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点；包括把第一交点与第二交点连在一起的线的平表面部分用作旋流腔的内周表面的延伸表面部分；和延伸内表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部为大流量管与旋流腔的第一连接部。因此，可以在旋流腔中形成强旋流，以获得高流动阻力。
类似地，本发明第三方面的制造缓流器的方法特点在于：从大流量管和小流量管的第二连接部处画出小流量管在大流量管侧处的内表面的延长线；相对于所述延长线以自由喷射流体散播比例从第一连接部画出一直线；获得所述直线与大流量管在小流量管的相对侧处内表面的第一交点；从该第一交点到旋流腔的内周表面画出一切线，以获得该切线与旋流腔的内周表面的第二交点；使用包括了把第一交点与第二交点相连的线的平表面部分作为旋流腔的内周表面的延伸表面部分；和使用延伸表面部分和大流量管在小流量管的相对侧处的内表面的连接部作为大流量管与旋流腔的第一连接部。因而，来自小流量管的自由喷射流体的散播部分在小流量注入时更确实地沿旋流腔的内周表面(延伸表面部分)流动而不与旋流腔的内周表面(延伸表面部分)分离。因此，可以在旋流腔中获得强旋流，以获得高流动阻力。
附图说明
图1为根据本发明实施例的蓄压器的截面图。
图2为显示了包括在蓄压器中的缓流器的放大截面图。
图3为缓流器的俯视图。
图4为沿图2的H-H箭头截取且由该箭头指示的截面图。
图5(a)为沿图4的I-I线截取并被该线指示的截面图。
图5(b)为沿图4的J-J线截取并被该线指示的截面图。
图6为在图4中的主要部分的放大截面图。
图7(a)和7(b)为用于解释通过使用缓流器进行水注入流量转换的视图。
图8(a)到8(c)为用于解释通过使用传统缓流器进行水注入流量转换的视图。
附图标记
21：蓄压器；22：水；22a：水平面；23：加压气体(氮气)；24：缓流器；25：旋流腔；25a：内周表面；25a-1：平表面部分(延伸表面部分)；25b：上表面；25c：下表面；26：大流量管；26a：大流量管的水平部分；26b：立管；26c：入口；26d、26e、26f和26g：内表面；27：小流量管；27a：入口；27b、27c、27d和27e：内表面；28：出口管；29：出口；30和31：抗旋流板；32和33：连接部
具体实施方式
后文中，将参考所附附图详细描述本发明的优选实施例。
(构造)
图1为根据本发明实施例的蓄压器的截面图。图2为取出并显示了包括在蓄压器中的缓流器的放大截面图。图3为缓流器的俯视图。图4为沿图2中H-H箭头线截取并指示的截面图。图5(a)为沿图4中I-I线截取并指示的截面图。图5(b)为沿图4中J-J线截取并指示的截面图。图6为图4的主要部分的放大截面图。图7(a)和7(b)为用于解释通过使用缓流器来转换水注入流量的视图。
图1所示的蓄压器21为应急芯部冷却系统的设备组成部分，基于可能发生在PWR电站中主冷却剂流失事故的假设而将该系统安装在压水反应堆(PWR)电站中。
如图1所示，水(冷却剂)22储存在蓄压器21中，且储存在其中的水22通过加压气体(氮气)23被加压，该气体填充在蓄压器21的上部。而且，缓流器24(其能静态地将反应堆中的水注入流速从大流量转换到小流量)设置在蓄压器21中。
缓流器24包括旋流腔25、大流量管26、小流量管27、出口管28等，且设置在蓄压器21的底部。尽管省略了显示，但是出口管28的末端通过插置在该出口管和反应堆主冷却回路的低温管线之间的止回阀连接到该低温管线。该止回阀用于避免从反应堆主冷却系统到蓄压器21的回流。
如图1到5(b)所示，缓流器24具有这样一种结构，其中大流量管26和小流量管27连接到圆柱形旋流腔25的周边部分(周缘部分)，而出口29形成在旋流腔25的上表面25b的中央。替换地，出口29可设置在旋流腔25的下表面25c的中央。
在图3和4所示的水平表面中，大流量管26和小流量管27沿彼此不同的方向从出口29延伸。具体说，小流量管27沿与旋流腔25的周边部分(周缘部分)相切的方向沿一方向(其为图中的左方)延伸。同时，大流量管26沿另一方向(其为图中的右方)延伸，同时与小流量管27形成预定的角度θ(在90°＜θ＜180°的范围；例如95°，100°或110°)。
大流量管26和小流量管27的流动通道的截面形成为矩形形状。具体说，如图5(a)和5(b)所示，例如，大流量管26(水平部分26a)具有平行的一对内表面(竖直表面)26d和26e，这两个表面沿水平方向彼此面对，大流量管26具有平行的一对内表面(水平表面)26f和26g，这两个表面沿竖直方向彼此面对。同时，小流量管27具有平行的一对内表面(竖直表面)27b和27c，这两个表面沿水平方向彼此面对，且小流量管27具有平行的一对内表面(水平表面)27d和27e，这两个表面沿竖直方向彼此面对。大流量管26和小流量管27的流动通道截面的高度(内表面26d和26e的高度以及内表面27b和27c的高度)与旋流腔25的内周表面25a的高度相同。另一方面，大流量管26的流动通道截面的宽度(内表面26f和26g的宽度)大于小流量管27的流动通道截面的宽度(内表面27d和27e的宽度)。
而且，小流量管27的入口27a位于与旋流腔25的内周表面25a的高度相同的高度处。另一方面，大流量管26包括连接到水平部分26a的立管，且其入口26c的位置比小流量管27的入口27a和旋流腔25更高。但是，应注意，储存水22的水平面22a的位置通常比大流量管26的该入口26c更高。出口管28连接到旋流腔25的出口29。抗旋流板30和31分别设置到大流量管26和小流量管27的入口26c和27a。
而且，如图6所示，该实施例的缓流器24具有面向小流量管的壁结构，其中，大流量管26(与小流量管27相对定位的内表面26d)和旋流腔25(在小流量管27相对侧处的内周表面25a的延伸表面部分25a-1)的连接部32位于小流量管27在大流量管26侧的内表面27b的延长线(虚拟线)K的外侧(在图6中向上)。
在图6中，详细描述了虚拟线K是小流量管27的内表面27b的延长线，即沿小流量管27的轴线方向(即切向方向)、从小流量管27的内表面27b与大流量管26(在小流量管27侧)的内表面26e相连接部的连接部33处延伸的直线。虚拟线L为代表从小流量管27注入旋流腔25中的水的自由喷射流体散播(free-jet-spread)的直线。自由喷射流体散播比例(直线L相对于直线K的倾斜度)设定为1/10。附带地，对于自由喷射流体散播比例来说，可以使用上述基本公知的值，或者自由喷射流体散播比例可以根据合适的试验来设定。虚拟线M为沿旋流腔25的内周表面25a的圆形形状的曲线(弧线)。
而且，用于获得大流量管26的内表面26d与旋流腔25的内周表面25a的连接部32(即在连接部32处的交点P1)的具体设计过程(制造缓流器的方法)如下。
首先，相对于从连接部33(交点P3)画出的延长线K以自由喷射流体散播比例从连接部33(交点P3)画出直线L，且获得该直线L与大流量管26的内表面26d之间的交点P1。随后，从交点P1朝向旋流腔25的内周表面25a画出切线(未示出)，且获得该切线与内周表面25a的交点P2。此后，包括了把交点P1与交点P2连结起来的线(即切线)在内的平表面部分25a-1被用作内周表面25a的延伸表面部分(这里，把旋流腔25的中心O与交点P2连起来的线与平表面部分(延伸的表面部分)25a-1形成直角)。以这种方式，大流量管26的内表面26d连接到旋流腔25的内周表面25a的平表面部分(延伸的表面部分)25a-1。因此，该连接部32(交点P1)位于延长线K的外侧(在直线L上)。
(操作和效果)
具有上述构造的蓄压器21进行以下操作且具有以下效果。
如果PWR电站的反应堆主冷却系统中的管线等破坏，且冷却剂从破裂处流到外界(即在发生主冷却剂流失事故时)，由此主冷却系统的压力降低到低于蓄压器21中的压力，则蓄压器21中储存的水22从主冷却系统管线通过止回阀注入到反应堆容器，且由此重新淹没反应堆中心。此时，到反应堆容器的水注入流速通过缓流器24静态地从大流量转换到小流量。
具体说，因为蓄压器21中的水平面高于在水注入的初始阶段处的大流量管26的入口26c，则蓄压器21中的水22从大流量管26和小流量管27流到旋流腔25，如图7(a)中箭头A和B所示。结果，从大流量管26注入的水(喷射流体)撞击来自小流量管27的注入水(喷射流体)，且喷射流体的角动量抵消(offset)。以这种方式，水22直接流向出口29，如图7(a)中箭头C所示。具体说，此时在旋流腔25中没有形成旋流。因而，流动阻力在此时降低，且大量的水流出出口29并注入反应堆容器。
相反，在水注入的较后阶段，蓄压器21中的水平面下降到低于连接到大流量管26的立管的入口26。因而，没有水22从大流量管26流入旋流腔25，且水22仅通过小流量管27流入旋流腔25，如图7(b)中箭头B所示。结果，从该小流量管27注入的水前进到出口29，同时形成旋流(涡旋的流动)，如图7(b)中箭头D所示。因而，流动阻力在此时通过离心力而增加，且来自出口29的流出量(注入到反应堆容器的水)变为小流量。
而且，该实施例的蓄压器21特点在于大流量管26与缓流器24的旋流腔25(内表面25a的延伸表面部分25a-1)的连接部32位于小流量管27在大流量管26侧处的内表面27b的延长线外侧。因而，来自小流量管27的自由喷射流体散播部分在小流量注入时沿旋流腔25的内周表面25a流动，而不会从旋流腔25的内周表面25a上分离。因此，可以在旋流腔25中形成强旋流，和高流动阻力。
具体说，该蓄压器21的缓流器24特点在于：相对于从小流量管27和大流量管26的汇合点33(第三交点P3)画出的、小流量管27在大流量管26侧处的内表面27b的延长线K，从该连接部33(第三交点P3)以自由喷射散播比例画出直线L；获得该直线L与大流量管26(在小流量管27的相对侧处)的内表面26d的第一交点P1；从该第一交点P1到旋流腔25的内周表面25a画一切线，以获得该切线与旋流腔25的内周表面25a的第二交点P2；包括将第一交点P1与第二交点P2相连的线(切线)的平表面部分25a-1用作旋流腔25的内周表面25a的延伸表面部分；且，该延伸表面部分25a-1和大流量管26(在小流量管27的相对侧处)的内表面26d的连接部为大流量管26与旋流腔25的连接部。结果，在小流量注入时来自小流量管27的自由喷射流体散播部分更可靠地沿旋流腔25的内周表面25a(延伸表面部分25a-1)流动，而不会与旋流腔25的内周表面25a(延伸表面部分25a-1)分开，如图6中箭头N所示。因此，可以在旋流腔25中形成强旋流，并获得高流动阻力。
工业应用
本发明涉及并入有缓流器的蓄压器，该缓流器能静态地将流速从大转换到小，且涉及制造该缓流器的方法。本发明例如在应用于用于PWR电站的紧急注入系统时很有用。