CN102623073B - 一种由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，属于核反应堆结构技术领域。包括多组导体组件、筒体及压力监测和充气装置等，导体组件置于筒体内，其两端从筒体两端的端板中伸出，并通过压紧螺母固定在端板上，压力监测和充气装置与筒体相连。导体组件由金属护套管、多根导线和绝缘瓷管组成。多根导线置于金属护套管内，金属护套管内的导线之间设有密封绝缘介质，金属护套管端部的导线之间设有密封绝缘瓷板，伸出金属护套管端部的导线表面涂有陶瓷绝缘涂料，并套有绝缘瓷管。本贯穿件具有良好的耐辐照、抗老化、耐腐蚀、耐高温、抗震动、耐高压等特点，并具有制造简单、成本低、使用寿命周期长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，属于核反应堆结构技术领域。
背景技术
反应堆电气贯穿件安装于反应堆上，实现反应堆内外电仪设备的电气连接，是反应堆压力边界部件。因此其不仅要能够耐受长期辐照、腐蚀、高温和老化，保证正常运行条件下的密封及电气连续性，还需要具有在各种事故工况(如地震、LOCA)等情况下满足上述要求。CN 202076496号专利“铠装导体金属陶瓷绝缘子电气贯穿件”公开了一种电气贯穿件结构，该结构简单可靠，使用寿命长，但存在以下问题：1.该贯穿件金属铠装管两端所采用的结构，不能防止芯线与金属铠装管之间填充的Al2O3或MgO耐热绝缘层受潮而使绝缘性能下降；2.该贯穿件金属铠装管与法兰穿孔之间的焊接或钎焊密封由于是在厚金属(法兰)与薄壳体(金属铠装管)之间，实际操作困难，而且焊接后不可拆卸。
国内其他电气贯穿件制造厂家的电气贯穿件均采用有机材料(如聚醚醚酮或聚砜)作为导体组件的密封和绝缘材料，镟锻工艺为导体组件的密封方法，有机材料耐高温最高只能达到250℃，抗辐照能力也低于陶瓷等无机材料。
发明内容
本发明的目的是提出一种由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，改变已有电气贯穿件的结构和使用的材料，使其结构简单，制造容易，以用于核反应堆中，或用于其它需要耐辐照、抗老化、耐腐蚀、耐高温、抗震动环境条件下，并提高其密封和抗老化性能。
本发明提出的由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，包括多组导体组件、筒体、端板、卡套、压紧螺母以及压力监测和充气装置；所述的端板固定在筒体的两端，所述的多组导体组件置于筒体内，导体组件的两端分别从筒体两端的端板中伸出，导体组件通过压紧螺母固定在端板上，所述的卡套套装在导体组件上，卡套的端部呈圆锥形，圆锥形端部嵌入压紧螺母的内壁；所述的压力监测和充气装置与筒体相连；所述的导体组件由金属护套管、多根导线和绝缘瓷管组成；所述的多根导线置于金属护套管内，并从金属护套管中伸出，金属护套管内的导线之间设有密封绝缘介质，金属护套管端部的导线之间设有密封绝缘瓷板，伸出金属护套管端部的导线表面涂有陶瓷绝缘涂料，并套有绝缘瓷管。
上述电气贯穿件中，所述的绝缘瓷管的成分为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝中的一种，所述的密封绝缘介质为三氧化二铝或氧化镁，所述的密封绝缘瓷板为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝。
上述电气贯穿件中，所述的导线材料为纯铜、可伐、镍基材料、铜合金或铁中的任何一种，或它们的复合体。
上述电气贯穿件中，所述的金属护套管材料不锈钢、可伐、钨钼材料、镍基材料或它们的复合体。
本发明提出的由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，其优点是：
1、本发明的电气贯穿件中，由于导体组件采用Al2O3或MgO粉和陶瓷作为导体组件的的内外绝缘材料，因此有效地避免了有机材料的高温、辐照下老化的问题，延长了电气贯穿件的使用寿命。
2、本发明的电气贯穿件中，导体组件的密封采用Al2O3或MgO粉压实并结合陶瓷与金属封接的结构型式，彻底解决了既满足绝缘与密封要求，绝缘体又不会受潮的问题，保证了电气贯穿件的工作稳定性和可靠性。
3、本发明的电气贯穿件中，导体组件与筒体端板的密封方式采用卡套和螺母相互配合的密封结构，既保证了电气贯穿件内部的良好的密封性能，又便于电气贯穿件的组装、拆卸和检修，并便于预留冗余通道扩展。
4、本发明的电气贯穿件中，导体组件可以根据工程设计，预留需要的长度，这就使电气贯穿件中的导线取代了已有技术中的K1级电缆和热电偶，取消了中间接头，大大节省了设备投资。
5、本发明的电气贯穿件中，导线和其他部件，都采用了陶瓷和金属材料，因此整个电气贯穿件具有极好的耐辐照、抗老化(大于60年)、耐强酸腐蚀(如硼酸)、耐高温(可达1000℃以上)、耐高压(可达10MPa以上)、抗地震等特点，使电气贯穿件适用于需要耐辐照、抗老化、耐腐蚀、耐高温、抗震动等多种环境。
附图说明
图1是本发明提出的由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件的结构示意图。
图2是图1中卡套和压紧螺母相互配合的局部放大图。
图1和图2中，1是密封绝缘瓷板，2是金属护套管，3是密封绝缘介质，4是导线，5是端板，6是筒体，7是导体组件，8是压紧螺母，9是卡套，10是绝缘瓷管，11是陶瓷绝缘涂料，12是压力监测和充气装置。
具体实施方式
本发明提出的由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，其结构如图1所示，包括多组导体组件7、筒体6、端板5、卡套9、压紧螺母8以及压力监测和充气装置12。端板5固定在筒体6的两端，多组导体组件置于筒体6内，导体组件的两端分别从筒体两端的端板5中伸出，导体组件通过压紧螺母8固定在端板5上，卡套9套装在导体组件7上，卡套9的端部呈圆锥形，圆锥形端部嵌入压紧螺母8的内壁，卡套9与压紧螺母8之间的配合关系如图2所示。压力监测和充气装置12与筒体6相连。导体组件的结构如图2中所示，由金属护套管2、多根导线4和绝缘瓷管10组成。多根导线4置于金属护套管2内，并从金属护套管2中伸出，金属护套管2内的导线4之间设有密封绝缘介质3，金属护套管2端部的导线4之间设有密封绝缘瓷板1，伸出金属护套管端部的导线4的表面涂有陶瓷绝缘涂料11，并套有绝缘瓷管10。
本发明的电气贯穿件中，绝缘瓷管的成分可以为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝中的一种。密封绝缘介质可以为三氧化二铝或氧化镁。密封绝缘瓷板可以为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝。
本发明的电气贯穿件中，导线材料可以为纯铜、可伐、镍基材料、铜合金或铁中的任何一种，或它们的复合体。
本发明的电气贯穿件中，金属护套管材料不锈钢、可伐、钨钼材料、镍基材料或它们的复合体。
本发明提出的如图1所示的电气贯穿件，筒体6可以用不锈钢制作，两端焊接不锈钢端板5；端板5上开1-26个或更多导体组件的贯穿孔，预先定制好长度的导体组件7穿过两端的贯穿孔，由卡套9和压紧螺母8相互配合固定而实现贯穿孔的密封，卡套压紧螺母由密封卡套(8)和卡套压紧螺母(9)组成。
如图2所示，电气贯穿件的导体组件(7)中的密封绝缘介质(3)预先烧结为1-19或更多的孔数和一定尺寸的瓷柱，然后将瓷柱一个个穿在导线(4)上，再置于金属护套管(2)内。将组装好的导体组件经反复冷拔并退火后，制成所需要的长度和尺寸的导体组件(7)。密封绝缘介质(3)密实地填充在金属护套管(2)内，起到绝缘与密封的作用；为防止Al2O3或MgO(3)受潮，在导体组件两端以密封绝缘瓷板(1)与导体(4)和金属护套管(2)进行封接。
本发明提出的电气贯穿件，由金属护套管、导体和多孔瓷柱按事先计算好的尺寸装配好后，在一定温度下(不小于100℃)，经反复拉拔和退火工序后，达到需要的截面积，长度可以达到50-600m。为满足导线弯曲半径和绝缘要求，位于金属护套管外的导体裸露部分用具有一定长度和直径的多个绝缘瓷管10套装，并可在贯穿件组装完成后在现场刷涂无机陶瓷涂料。导体组件的额定电压可达500V-750V，一分钟耐压为2000V；芯数为1-19芯，导体截面积1-400mm2；长期工作温度可达200℃-1000℃。导体组件经反复拉拔后氧化镁粉或Al2O3粉在金属护套管内达到足够的密实程度，起到密封气体从护套管一段向另一端管泄漏的作用。本发明提出的电气贯穿件，导体组件的绝缘和密封材料为陶瓷无机材料，例如Al3O2或MgO，护套管为不锈钢、可伐、钨钼材料、镍基材料或它们的复合体，其中的镍基材料可以为：蒙乃尔400。导体材料为纯铜、可伐、镍基材料、铜合金、铁等；密封结构为陶瓷粉压实密封及金属与陶瓷的封接；电气贯穿件由多根导体组件及不锈钢筒体和端板以及气体检测装置组成，筒体内充以一定压力的干燥氮气，筒体6上配有气体压力监测及充气装置12，以长期监视筒体的泄漏并进行及时的补气；端板的孔道采用卡套式密封结构。
由于本发明的电气贯穿件中，密封部件采用的材料均为陶瓷和金属，具有良好的耐辐照、抗老化、耐腐蚀、耐高温、抗震动、耐高压特点，并具有制造简单、成本低、使用寿命周期长的特点。导体组件可以按反应堆安全壳长度工厂定制规定的长度，也可以按反应堆内电缆长度定制，将K1级电缆或热电偶与电气贯穿件组合为一体，即由电气贯穿件中的导线替代已有技术中的K1级电缆或热电偶，以节约设备成本。
Claims (1)
1.一种由陶瓷与金属封接的用于核反应堆中的电气贯穿件，其特征在于该电气贯穿件包括多组导体组件、筒体、端板、卡套、压紧螺母以及压力监测和充气装置；所述的端板固定在筒体的两端，所述的多组导体组件置于筒体内，导体组件的两端分别从筒体两端的端板中伸出，导体组件通过压紧螺母固定在端板上，所述的卡套套装在导体组件上，卡套的端部呈圆锥形，圆锥形端部嵌入压紧螺母的内壁；所述的压力监测和充气装置与筒体相连；所述的导体组件由金属护套管、多根导线和绝缘瓷管组成；所述的多根导线置于金属护套管内，并从金属护套管中伸出，金属护套管内的导线之间设有密封绝缘介质，金属护套管端部的导线之间设有密封绝缘瓷板，伸出金属护套管端部的导线表面涂有陶瓷绝缘涂料，并套有绝缘瓷管，其中所述的绝缘瓷管的成分为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝中的一种，所述的密封绝缘介质为三氧化二铝或氧化镁；所述的密封绝缘瓷板为碳化硅、氮化硅或三氧化二铝；其中所述的导线材料为纯铜、可伐、镍基材料、铜合金或铁中的任何一种，或它们的复合体；金属护套管材料为不锈钢、可伐、钨钼材料、镍基材料或它们的复合体。
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