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CN111199806B - 一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构 - Google Patents

一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构。本发明包括两道环形反应堆支承，屏蔽结构，应急冷却剂入口结构，应急冷却剂出口结构；两道环形反应堆支承每一道位置都与反应堆容器的上、下板位置对应，外径与壳体连接，内径与反应堆容器配合；屏蔽结构包括下部屏蔽板、中部屏蔽筒、上部屏蔽板；下部屏蔽板安装在下部反应堆支承下表面，中部屏蔽筒安装在两道环形反应堆支承之间，上部屏蔽板安装在上部反应堆支承的上方；应急冷却剂入口结构安装在上部屏蔽板上方，应急冷却剂出口结构安装在下部屏蔽板下方。本发明结构简单可靠，易于制造安装，具备为热管反应堆实现应急冷却的能力。

Description

一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构
技术领域
本发明属于核反应堆技术领域，具体涉及一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构。
背景技术
热管反应堆采用热管导热，无系统回路和大功率机械转动设备，具有长寿期甚至全寿期无换料、高固有安全性、低噪音、高功率体积重量比、系统设备简单可靠等技术特点，结合热电偶发电、热声电发电、热光伏发电等多种先进发电技术技术实现热电转换，可广泛应用于水下空间站、陆上应急救灾、岛礁供电及海水淡化、海上能源开采、小型城市供电供热等领域作为能源供应选项。
反应堆支承和屏蔽结构是热管反应堆的关键部件之一，起到支承反应堆本体结构重量、承受各种外部载荷、屏蔽反应堆放射性外泄至规定限值内等功能。同时，考虑到小功率热管堆的特性，将反应堆本体保温功能和屏蔽功能一体化实施。
对于热管反应堆的研究，国内外相关研究单位均进行了大量的研究，但是公开报道的都大多为宏观性的报道，对于本发明所提及的反应堆支承和屏蔽结构并未有详细描述。本技术发明与公开报道的结构布置形式不同(附图1)，与商用压水堆采用的框架反应堆支承和混凝土屏蔽结构相比，设计原理、设计功能和运行机理完全不同，本结构不仅可以实现正常运行工况下对反应堆结构的保温和屏蔽反应堆产生的放射性，在事故工况下还可以作为应急冷却系统使用防止反应堆高温熔化。本发明结构简单，固有安全性非常高，具有复合功能，特别适用于热管反应堆结构的简化设计。与常见的反应堆支承和屏蔽结构相比，本结构具有对反应堆进行保温和事故下的应急冷却功能，不仅简化了整个结构，更有利于实现整个反应堆结构工程化。
发明内容
本发明解决的技术问题：
本发明主要是针对未来多种应用场合热管反应堆需求，提出一种具有结构简单可靠、易于制造安装、可应用于热管反应堆结构设计的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构。
本发明采用的技术方案：
一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，包括两道环形反应堆支承，屏蔽结构，应急冷却剂入口结构，应急冷却剂出口结构；两道环形反应堆支承每一道位置都与反应堆容器的上、下板位置对应，外径与壳体连接，内径与反应堆容器配合；屏蔽结构包括下部屏蔽板、中部屏蔽筒、上部屏蔽板；下部屏蔽板安装在下部反应堆支承下表面，中部屏蔽筒安装在两道环形反应堆支承之间，上部屏蔽板安装在上部反应堆支承的上方；应急冷却剂入口结构安装在上部屏蔽板上方，应急冷却剂出口结构安装在下部屏蔽板下方。
所述下部反应堆支承为台阶式圆环结构，环形台阶用于为反应堆容器提供支承和定位，台阶面设置有若干个应急冷却孔、螺栓安装孔和销孔，应急冷却孔用于通应急冷却剂，螺栓安装孔用于安装螺栓使下部反应堆支承和反应堆容器连接在一起，销孔用于下部反应堆支承和反应堆容器定位。
所述上部反应堆支承为圆环结构，平面设置有若干个应急冷却孔用于通应急冷却剂，内环上还设置有弹性减振结构，用于支承反应堆容器并减少传递到反应堆容器上的外部载荷，同时容纳反应堆容器轴向上的热膨胀。
所述下部屏蔽板为圆板形结构，上面设置有若干个用于通应急冷却剂的应急冷却孔和若干个安装旋转鼓驱动机构的台阶孔，通过紧固件固定在下部反应堆支承上。
所述中部屏蔽筒为圆筒形结构，位于下部反应堆支承和上部反应堆支承之间，通过紧固件实现定位和连接。
所述上部屏蔽板为圆板形结构，通过紧固件固定在上部反应堆支承上；上部屏蔽板对应反应堆容器一侧有一凹台，该环形台阶深度为反应堆正常运行时和常温安装时反应堆容器轴向上的热膨胀差值，中部区域对应热管的布置还设置有热管孔用于热管穿过，边缘区域对应上部反应堆支承上的应急冷却孔设置有数量和孔径一致的应急冷却孔。
所述应急冷却剂入口结构位于上部屏蔽板上方，为带若干支管的环管结构；支管通过螺纹、螺母、垫片等结构连接入口环管和上部屏蔽板；所述应急冷却剂出口结构的结构形式与应急冷却剂入口结构一致，安装在下部屏蔽板下方，为带若干支管的环管结构，包括出口总管、出口环管和支管；支管通过螺纹、螺母、垫片等结构连接出口环管和下部屏蔽板。
发生事故时，来自应急冷却系统的应急冷却剂由入口总管进入应急冷却剂入口结构的环管，通过若干支管分配后依次流经上部屏蔽板的应急冷却孔和上部反应堆支承的应急冷却孔，进入到反应堆容器和中部屏蔽筒构成的环腔，对反应堆进行冷却，将堆芯热量导出，然后冷却剂再依次从下部反应堆支承的应急冷却孔、下部屏蔽板的应急冷却孔流出进入到应急冷却出口结构的支管，汇集到环管后由出口总管导入到应急冷却系统，形成循环。
本发明的有益效果：
本发明所公布的热管反应堆支承和屏蔽结构，结构简单可靠，易于制造安装，除了具备传统的支承反应堆并屏蔽放射性的功能外，同时设计上采用保温屏蔽复合材料及环腔结构具有保温功能，减少的单独的保温层设置，另外结合应急冷却出入口结构形成了热管反应堆应急冷却通道，具备为热管反应堆实现应急冷却的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。
图1现有技术中的压水堆反应堆支承和屏蔽结构示意图；
图2本发明提供的热管反应堆支承和屏蔽结构安装示意图；
图3下部反应堆支承结构示意图；
图4上部反应堆支承结构示意图；
图5下部屏蔽板结构示意图；
图6上部屏蔽板结构示意图；
图7应急冷却剂入出口结构示意图一；
图8应急冷却剂入出口结构示意图二；
图中：1-反应堆支承，2-屏蔽结构，3-应急冷却剂入口结构，4-应急冷却剂出口结构，5-反应堆容器,6-混凝土支撑，7-框架式反应堆支撑，8-反应堆压力容器保温层，9-反应堆压力容器，11-下部反应堆支承，111-应急冷却孔，112-螺栓安装孔，113-环形台阶，114-定位销孔；12-上部反应堆支承，121-应急冷却孔，122-弹性减振结构；21-下部屏蔽板，211-应急冷却孔，212-驱动机构安装孔，213-环形台阶；22-中部屏蔽筒；23-上部屏蔽板，231-应急冷却孔，232-热管孔，233-圆形台阶；31-入口总管，32-入口环管，33-支管；41-出口总管，42-出口环管，43-支管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种具有应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构作进一步详细说明。
如图2所示：本发明提供的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，包括两道环形反应堆支承1，屏蔽结构2，应急冷却剂入口结构3，应急冷却剂出口结构4；两道环形反应堆支承1每一道位置都与反应堆容器5的上、下板位置对应，外径与壳体连接，内径与反应堆容器5配合，结构形式不完全一致；屏蔽结构2包括下部屏蔽板21、中部屏蔽筒22、上部屏蔽板23；下部屏蔽板21安装在下部反应堆支承11下表面，中部屏蔽筒22安装在两道环形反应堆支承1之间，上部屏蔽板23安装在上部反应堆支承12的上方。应急冷却剂入口结构3安装在上部屏蔽板23上方，应急冷却剂出口结构4安装在下部屏蔽板21下方。
如图3所示：下部反应堆支承11为台阶式圆环结构，环形台阶113用于为反应堆容器5提供支承和定位，台阶面设置有若干个应急冷却孔111、螺栓安装孔112和销孔114，应急冷却孔111用于通应急冷却剂，螺栓安装孔112用于安装螺栓使下部反应堆支承11和反应堆容器5连接在一起，销孔114用于下部反应堆支承11和反应堆容器5定位。
如图4所示：上部反应堆支承12为圆环结构，平面设置有若干个应急冷却孔121用于通应急冷却剂，内环上还设置有弹性减振结构122，用于支承反应堆容器5并减少传递到反应堆容器5上的外部载荷，同时容纳反应堆容器5轴向上的热膨胀。
如图5所示：下部屏蔽板21为圆板形结构，上面设置有若干个用于通应急冷却剂的应急冷却孔211和若干个安装旋转鼓驱动机构的台阶孔212，通过紧固件固定在下部反应堆支承11上。
中部屏蔽筒22为圆筒形结构，位于下部反应堆支承11和上部反应堆支承12之间，通过紧固件实现定位和连接。
如图6所示：上部屏蔽板23为圆板形结构，通过紧固件固定在上部反应堆支承上。上部屏蔽板23对应反应堆容器5一侧有一凹台，该环形台阶233深度为反应堆正常运行时和常温安装时反应堆容器5轴向上的热膨胀差值，中部区域对应热管的布置还设置有热管孔232用于热管穿过，边缘区域对应上部反应堆支承12上的应急冷却孔121设置有数量和孔径一致的应急冷却孔231。
如图7和图8所示：应急冷却剂入口结构3位于上部屏蔽板23上方，为带若干支管33的环管结构。支管33通过螺纹、螺母、垫片等结构连接入口环管32和上部屏蔽板23。入口环管32上支管33的对侧设置一入口总管31用于连通应急冷却系统，具体方位角度由应急冷却系统所处方位决定。
应急冷却剂出口结构4的结构形式与应急冷却剂入口结构3一致，安装在下部屏蔽板21下方，为带若干支管的环管结构，由出口总管41、出口环管42和支管43构成。支管43通过螺纹、螺母、垫片等结构连接出口环管42和下部屏蔽板21。出口环管42上支管43的对侧设置一出口总管41用于连通应急冷却系统，具体方位角度由应急冷却系统所处方位决定。
本发明的工作原理：发生事故时，来自应急冷却系统的应急冷却剂由入口总管31进入应急冷却剂入口结构的环管32，通过若干支管33分配后依次流经上部屏蔽板23的应急冷却孔231和上部反应堆支承12的应急冷却孔121，进入到反应堆容器5和中部屏蔽筒22构成的环腔，对反应堆进行冷却，将堆芯热量导出，然后冷却剂再依次从下部反应堆支承11的应急冷却孔111、下部屏蔽板21的应急冷却孔211流出进入到应急冷却出口结构4的支管43，汇集到环管42后由出口总管41导入到应急冷却系统，形成循环。
反应堆正常运行时，依靠设置在入口总管31和出口总管41外侧阀门处于关闭状态使内部保持静态，达到反应堆保温效果。反应堆屏蔽结构选用具有保温和屏蔽功能的复合材料，一般为稀土基材料。

Claims (8)

1.一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：包括两道环形反应堆支承(1)，屏蔽结构(2)，应急冷却剂入口结构(3)，应急冷却剂出口结构(4)；两道环形反应堆支承(1)每一道位置都与反应堆容器(5)的上、下板位置对应，外径与壳体连接，内径与反应堆容器(5)配合；屏蔽结构(2)包括下部屏蔽板(21)、中部屏蔽筒(22)、上部屏蔽板(23)；下部屏蔽板(21)安装在下部反应堆支承(11)下表面，中部屏蔽筒(22)安装在两道环形反应堆支承(1)之间，上部屏蔽板(23)安装在上部反应堆支承(12)的上方；应急冷却剂入口结构(3)安装在上部屏蔽板(23)上方，应急冷却剂出口结构(4)安装在下部屏蔽板(21)下方。
2.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述下部反应堆支承(11)为台阶式圆环结构，环形台阶(113)用于为反应堆容器(5)提供支承和定位，台阶面设置有若干个应急冷却孔(111)、螺栓安装孔(112)和销孔(114)，应急冷却孔(111)用于通应急冷却剂，螺栓安装孔(112)用于安装螺栓使下部反应堆支承(11)和反应堆容器(5)连接在一起，销孔(114)用于下部反应堆支承(11)和反应堆容器(5)定位。
3.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述上部反应堆支承(12)为圆环结构，平面设置有若干个应急冷却孔(121)用于通应急冷却剂，内环上还设置有弹性减振结构(122)，用于支承反应堆容器(5)并减少传递到反应堆容器(5)上的外部载荷，同时容纳反应堆容器(5)轴向上的热膨胀。
4.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述下部屏蔽板(21)为圆板形结构，上面设置有若干个用于通应急冷却剂的应急冷却孔(211)和若干个安装旋转鼓驱动机构的台阶孔(212)，通过紧固件固定在下部反应堆支承(11)上。
5.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述中部屏蔽筒(22)为圆筒形结构，位于下部反应堆支承(11)和上部反应堆支承(12)之间，通过紧固件实现定位和连接。
6.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述上部屏蔽板(23)为圆板形结构，通过紧固件固定在上部反应堆支承上；上部屏蔽板(23)对应反应堆容器(5)一侧有一凹台，该凹台深度为反应堆正常运行时和常温安装时反应堆容器(5)轴向上的热膨胀差值，中部区域对应热管的布置还设置有热管孔(232)用于热管穿过，边缘区域对应上部反应堆支承(12)上的应急冷却孔(121)设置有数量和孔径一致的应急冷却孔(231)。
7.根据权利要求1所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：所述应急冷却剂入口结构(3)位于上部屏蔽板(23)上方，为带若干支管(33)的环管结构；支管(33)通过螺纹、螺母、垫片结构连接入口环管(32)和上部屏蔽板(23)；所述应急冷却剂出口结构(4)的结构形式与应急冷却剂入口结构(3)一致，安装在下部屏蔽板(21)下方，为带若干支管的环管结构，包括出口总管(41)、出口环管(42)和支管(43)；支管(43)通过螺纹、螺母、垫片结构连接出口环管(42)和下部屏蔽板(21)。
8.根据权利要求1-7的任意一项所述的一种带应急冷却功能的热管反应堆支承和屏蔽结构，其特征在于：发生事故时，来自应急冷却系统的应急冷却剂由入口总管(31)进入应急冷却剂入口结构的环管(32)，通过若干支管(33)分配后依次流经上部屏蔽板(23)的应急冷却孔(231)和上部反应堆支承(12)的应急冷却孔(121)，进入到反应堆容器(5)和中部屏蔽筒(22)构成的环腔，对反应堆进行冷却，将堆芯热量导出，然后冷却剂再依次从下部反应堆支承(11)的应急冷却孔(111)、下部屏蔽板(21)的应急冷却孔(211)流出进入到应急冷却出口结构(4)的支管(43)，汇集到出口环管(42)后由出口总管(41)导入到应急冷却系统，形成循环。
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