CN103187108A - 一种顶部带有双层结构的一体化反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其包括设置在压力容器内的堆芯、内置式蒸汽发生器、主泵和控制棒驱动机构；压力容器上部筒体与环形的设备支撑平台构成整体结构，弧形的压力容器内顶盖通过压力容器内顶盖与设备支撑平台的法兰连接在设备支撑平台；控制棒驱动机构设置在压力容器内顶盖上，主泵设置在设备支撑平台上；堆芯和内置式蒸汽发生器布置在设备支撑平台下方；压力容器外顶盖设置在压力容器上部筒体顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰与压力容器上部筒体连接。本发明为具有较高安全性的、较好工程实施性的一体化反应堆结构设计方案。

Description

一种顶部带有双层结构的一体化反应堆

技术领域

本发明涉及新型核反应堆的设计，具体涉及一种顶部带有双层结构的一体化反应堆形式。

背景技术

一体化反应堆区别于常规回路式反应堆的特点是将蒸汽发生器、主泵、控制棒驱动机构等主设备直接与压力容器组合成一个整体，从而使得反应堆的主冷却剂系统结构更紧凑，有利于核反应堆的小型化；由于去除了这些设备之间的连接管道，发生破口事故的频率降低，有利于提高核反应堆的安全性。

国际国内的研发机构已提出了多种形式的一体化反应堆，包括美国西屋公司主导研发的IRIS反应堆、韩国原子能研究所研发的SMART反应堆、日本原子能研究所研发的MRX反应堆等。

根据这些一体化反应堆的主泵、控制棒驱动机构等主设备的布置方式，可将这些反应堆归纳为两类：部分一体化和完全一体化，这两种反应堆的基本结构分别如图1和图2所示。在部分一体化的反应堆中，主泵电机或控制棒驱动机构等设备仍布置在压力容器外；在完全一体化的反应堆中，主泵和控制棒驱动机构等设备完全布置在压力容器内，并浸没在主冷却剂中。

在部分一体化的反应堆中，由于部分设备布置在压力容器外，因此压力容器的贯穿孔较多，增加了主冷却剂系统压力边界破损的风险，降低了反应堆的安全性。

在完全一体化的反应堆中，所有主设备都布置在压力容器内，从而减少了压力容器的贯穿并增强了反应堆的安全性，但由于主泵、控制棒驱动机构等电气设备浸没在高温带放射性的主冷却剂环境中，设备的工作环境非常恶劣。一方面，现有技术的各类主泵和控制棒驱动机构不能满足如此苛刻的工作条件要求，因此该设计的工程实施性较差；另一方面，将这些设备浸没于高温带放射性的主冷却剂中，设备的可靠性较差、设备在役检查和维修不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免上述完全一体化反应堆的缺点，并进一步增强了反应堆安全性的顶部带有双层结构的一体化反应堆。

本发明所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其包括设置在压力容器内的堆芯、内置式蒸汽发生器、主泵和控制棒驱动机构；压力容器上部筒体与环形的设备支撑平台构成整体结构，弧形的压力容器内顶盖通过压力容器内顶盖与设备支撑平台的法兰连接在设备支撑平台；控制棒驱动机构设置在压力容器内顶盖上，主泵设置在设备支撑平台上；堆芯和内置式蒸汽发生器布置在设备支撑平台下方；

压力容器外顶盖设置在压力容器上部筒体顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰与压力容器上部筒体连接。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其所述的压力容器内顶盖与设备支撑平台在压力容器顶部构成第一道压力边界、压力容器外顶盖与压力容器上部筒体在压力容器顶部构成第二道压力边界，在这两道压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体，主泵、控制棒驱动机构布置在密闭腔体内；在密闭腔体内预充保护气体。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其多组与主冷却剂相连的管线依次贯穿设备支撑平台、压力容器上部筒体，延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线上还设置有隔离阀或止回阀，并且隔离阀或止回阀设置在密闭腔体内。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其所述的设备支撑平台为环形平板结构，在环形平板上下方设置加强肋板；或者所述的设备支撑平台为环形平板结构，环形平板下方为弧形边角。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其在压力容器上部、且设备支撑平台以下的筒体上设置一道压力容器中上部连接法兰。

本发明所述的另一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其包括设置在压力容器内的堆芯、内置式蒸汽发生器、主泵和控制棒驱动机构；压力容器上部筒体与平板型顶盖构成整体结构，平板形顶盖兼作设备支撑平台；主泵和控制棒驱动机构设置在平板型顶盖上；堆芯和内置式蒸汽发生器布置在平板型顶盖下方；压力容器外顶盖设置在压力容器上部筒体顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰与压力容器上部筒体连接。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其所述的平板形顶盖是压力容器顶部的第一道密闭压力边界，压力容器外顶盖与压力容器上部筒体在压力容器顶部构成第二道密闭压力边界，在这两道密闭压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体，主泵、控制棒驱动机构布置在上述密闭腔体内；在密闭腔体内预充保护气体。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其多组与主冷却剂相连的管线依次贯穿平板型顶盖、压力容器上部筒体，延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线上还设置有隔离阀或止回阀，并且隔离阀或止回阀设置在密闭腔体内。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其在压力容器上部、且平板型顶盖以下的筒体上再设置一道压力容器中上部连接法兰。

如上所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其所述的平板型顶盖为圆形平板结构，在圆形平板上下方设置加强肋板；或者所述的平板型顶盖为圆形平板结构，圆形平板下方为弧形边角。

本发明的效果在于：

本发明所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其通过设置内、外双层顶盖，并且内、外顶盖通过密封法兰分别与设备支撑平台和压力容器上部筒体连接，在压力容器顶部构成两道密闭压力边界（第一道压力边界是内顶盖与设备支撑平台，第二道压力边界是外顶盖和压力容器上部筒体），从而为反应堆提供纵深、双重保护。由于具有双层顶盖结构，在压力容器顶部形成两道放射性实体隔离屏障，即使第一道压力边界发生泄漏或破裂，释放出的带放射性物质仍然被第二道实体屏障包容，从而阻止放射性向安全壳和环境释放。

本发明所述的另一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其设置平板型顶盖和压力容器外顶盖，平板形顶盖兼作设备支撑平台，并且平板形顶盖和压力容器外顶盖分别与压力容器上部筒体连接，在压力容器顶部构成两道密闭压力边界（第一道压力边界是平板形顶盖与压力容器上部筒体，第二道压力边界是压力容器外顶盖和压力容器上部筒体），从而为反应堆提供纵深、双重保护。由于顶部具有双层结构，在压力容器顶部形成两道放射性实体隔离屏障，即使第一道压力边界发生泄漏或破裂，释放出的带放射性物质仍然被第二道实体屏障包容，从而阻止放射性向安全壳和环境释放。

本发明将主泵、控制棒驱动机构等设备布置在压力容器顶部的密闭空腔内，实现了完全一体化的设计思想，相对于图2中的完全一体化反应堆，避免了设备直接浸没在高温带放射性的主冷却剂中，从而主泵、控制棒驱动机构无需在苛刻的环境下运行，现有技术的设备可以满足使用条件的要求，本发明具有良好的工程实施性；并且这些设备的可靠性得到保障，设备的在役检修、维护也更容易。

由于主泵、控制棒驱动机构、与主冷却剂相连的管线等都设置在压力容器顶部的第一道压力边界上，压力容器中下部无任何的贯穿，因此压力容器中下部结构的完整性得到进一步提高。总之，本发明从保持反应堆压力边界完整性、降低放射性释放、降低冷却剂丧失事故后果方面提出了先进的设计理念，是一种具有较高安全性的、较好工程实施性的一体化反应堆结构设计方案。

附图说明

图1为部分一体化反应堆结构示意图；

图2为完全一体化反应堆结构示意图；

图3为本发明所述的一种具有双层顶盖的一体化反应堆结构示意图；

图4为加强肋板型设备支撑平台示意图；

图5为弧形边角型设备支撑平台示意图；

图6为本发明所述的另一种具有双层顶盖的一体化反应堆结构示意图；

图7为加强肋板型平板型顶盖示意图；

图8为弧形边角型平板型顶盖示意图；

图中：1.堆芯；2.压力容器；3.内置式蒸汽发生器；5.主泵；6.控制棒驱动机构；7.压力容器上部筒体；8.设备支撑平台；9.压力容器顶部的密闭腔体；10.压力容器内顶盖；11.压力容器外顶盖；12.压力容器内顶盖与设备支撑平台的法兰；13.压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰；14.加强肋板；15.弧形边角；16.压力容器中上部的法兰；17.一回路连接管线；18.隔离阀或止回阀；19.平板型顶盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种具有双层顶盖的一体化反应堆作进一步描述。

实施例1

如图3所示，本发明所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其堆芯1以及内置式蒸汽发生器3、主泵5、控制棒驱动机构6等设备全部安装在压力容器2内。

其中，堆芯1和内置式蒸汽发生器3布置在设备支撑平台8下方。

压力容器上部筒体7与环形的设备支撑平台8构成整体结构，弧形的压力容器内顶盖10通过压力容器内顶盖与设备支撑平台的法兰12连接在设备支撑平台8中心的通孔边缘。控制棒驱动机构6设置在压力容器内顶盖10上方，控制棒组件驱动线穿过压力容器内顶盖10。主泵5设置在设备支撑平台8上，主泵轴与叶轮穿过设备支撑平台8。

压力容器外顶盖11设置在压力容器上部筒体7顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰13与压力容器上部筒体7连接。

压力容器内顶盖与设备支撑平台在压力容器顶部构成第一道压力边界、压力容器外顶盖与压力容器上部筒体在压力容器顶部构成第二道压力边界，在这两道压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体9，主泵5、控制棒驱动机构6布置在密闭腔体9内。通过在密闭腔体9内预充一定压力的气体，降低或消除第一道压力边界内外侧的压差，第一道压力边界上的法兰、各种焊缝等的密封完整性得到保护，从而降低或消除第一道压力边界发生泄漏或破裂的可能性；预充保护气体（如氮气、惰性气体等）可进一步降低腔体内部设备和部件的氧化腐蚀、避免可燃物的自燃。

多组与主冷却剂相连的管线17依次贯穿设备支撑平台8、压力容器上部筒体7，延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线17上还设置有隔离阀或止回阀18，并且隔离阀或止回阀18设置在密闭腔体9内。

由于密闭腔体9内预充一定压力的气体，降低或消除了与主冷却剂相连的管线17在密闭腔体9内部发生破裂的可能性。如果与主冷却剂相连的管线17在压力容器外侧的管段发生破裂，可通过关闭隔离阀或止回阀18自动闭合，从而终止了放射性物质向安全壳的释放，并终止主冷却剂的丧失。

如图4和图5所示，设备支撑平台8为环形平板结构，可在环形平板上下方设置加强肋板14，或者环形平板下方为弧形边角15。设备支撑平台8能够进一步增强压力容器内压力边界的强度。

本发明为进一步增强压力容器内的设备和部件的可检查性和可维修性，可在压力容器2上部、且设备支撑平台8以下的筒体上再设置一道压力容器中上部连接法兰16。当需要时，可打开压力容器中上部连接法兰16对堆内设备进行检修和更换。这样的设计也将有益于压力容器的分段制造、拆卸和运输。

实施例2

如图6所示，本发明所述的另一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其堆芯1、内置式蒸汽发生器3、主泵5、控制棒驱动机构6等主要设备直接安装在压力容器2内。

其中，堆芯1和内置式蒸汽发生器3布置在平板型顶盖19下方。

压力容器上部筒体7与平板型顶盖19构成整体结构，平板形顶盖19兼作设备支撑平台。在平板型顶盖19以下的筒体上设置压力容器中上部的法兰16，以便于平板型顶盖19的拆卸。主泵5和控制棒驱动机构6设置在平板型顶盖19上，主泵轴与叶轮以及控制棒组件驱动线穿过平板型顶盖19。

压力容器外顶盖11设置在压力容器上部筒体7顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰13与压力容器上部筒体7连接。

上述平板形顶盖19是压力容器顶部的第一道密闭压力边界，压力容器外顶盖11与压力容器上部筒体7在压力容器顶部构成第二道密闭压力边界，在这两道密闭压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体9，主泵5、控制棒驱动机构6布置在上述密闭腔体9内。通过在密闭腔体9内预充一定压力的气体，降低或消除第一道压力边界内外侧的压差，第一道压力边界上的法兰、各种焊缝等的密封完整性得到保护，从而降低或消除第一道压力边界发生泄漏或破裂的可能性；预充保护气体（如氮气、惰性气体等）可进一步降低腔体内部设备和部件的氧化腐蚀、避免可燃物的自燃。

多组与主冷却剂相连的管线17依次贯穿平板型顶盖19、压力容器上部筒体7，延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线17上还设置有隔离阀或止回阀18，并且隔离阀或止回阀18设置在密闭腔体9内。

由于密闭腔体9内预充一定压力的气体，降低或消除了与主冷却剂相连的管线17在密闭腔体9内部发生破裂的可能性。如果与主冷却剂相连的管线17在压力容器外侧的管段发生破裂，可通过关闭隔离阀或止回阀18自动闭合，从而终止了放射性物质向安全壳的释放，并终止主冷却剂的丧失。

如图7和图8所示，平板型顶盖19为圆形平板结构，可在圆形平板上下方设置加强肋板14，或者圆形平板下方为弧形边角15。平板型顶盖19能够进一步增强压力容器内压力边界的强度。

与实施例1相比，本实施例进一步取消了压力容器内顶盖10，直接采用整体式的平板形顶盖19。如果设置了压力容器内顶盖10，在换料过程中需打开内外顶盖，而设备支撑平台不需要拆卸；如果取消内顶盖，在换料过程中需要将平板形顶盖19、压力容器顶部结构和连接管线全部拆除。

Claims (9)

1.一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其包括设置在压力容器（2）内的堆芯（1）、内置式蒸汽发生器（3）、主泵（5）和控制棒驱动机构（6），其特征在于：

压力容器上部筒体（7）与环形的设备支撑平台（8）构成整体结构，弧形的压力容器内顶盖（10）通过压力容器内顶盖与设备支撑平台的法兰（12）连接在设备支撑平台（8）；控制棒驱动机构（6）设置在压力容器内顶盖（10）上，主泵（5）设置在设备支撑平台（8）上；堆芯（1）和内置式蒸汽发生器（3）布置在设备支撑平台（8）下方；

压力容器外顶盖（11）设置在压力容器上部筒体（7）顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰（13）与压力容器上部筒体（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：所述的压力容器内顶盖（10）与设备支撑平台（8）在压力容器顶部构成第一道压力边界、压力容器外顶盖（11）与压力容器上部筒体（7）在压力容器顶部构成第二道压力边界，在这两道压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体（9），主泵（5）、控制棒驱动机构（6）布置在密闭腔体（9）内；在密闭腔体（9）内预充保护气体。

3.根据权利要求1或2所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：多组与主冷却剂相连的管线（17）依次贯穿设备支撑平台（8）、压力容器上部筒体（7），延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线（17）上还设置有隔离阀或止回阀（18），并且隔离阀或止回阀（18）设置在密闭腔体（9）内。

4.根据权利要求1或2所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：所述的设备支撑平台（8）为环形平板结构，在环形平板上下方设置加强肋板（14）；或者所述的设备支撑平台（8）为环形平板结构，环形平板下方为弧形边角（15）。

5.根据权利要求1或2所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：在压力容器（2）上部、且设备支撑平台（8）以下的筒体上设置一道压力容器中上部连接法兰（16）。

6.一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其包括设置在压力容器（2）内的堆芯（1）、内置式蒸汽发生器（3）、主泵（5）和控制棒驱动机构（6），其特征在于：

压力容器上部筒体（7）与平板型顶盖（19）构成整体结构，平板形顶盖（19）兼作设备支撑平台，在平板型顶盖19以下的筒体上设置压力容器中上部的法兰（16），以便于平板型顶盖（19）的拆卸；主泵（5）和控制棒驱动机构（6）设置在平板型顶盖（19）上；堆芯（1）和内置式蒸汽发生器（3）布置在平板型顶盖（19）下方；

压力容器外顶盖（11）设置在压力容器上部筒体（7）顶端，并且通过压力容器外顶盖与压力容器上部筒体的法兰（13）与压力容器上部筒体（7）连接。

7.根据权利要求6所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：所述的平板形顶盖（19）是压力容器顶部的第一道密闭压力边界，压力容器外顶盖（11）与压力容器上部筒体（7）在压力容器顶部构成第二道密闭压力边界，在这两道密闭压力边界内形成了压力容器顶部的密闭腔体（9），主泵（5）、控制棒驱动机构（6）布置在上述密闭腔体（9）内；在密闭腔体（9）内预充保护气体。

8.根据权利要求6或7所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：多组与主冷却剂相连的管线（17）依次贯穿平板型顶盖（19）、压力容器上部筒体（7），延伸至压力容器外，在与主冷却剂相连的管线（17）上还设置有隔离阀或止回阀（18），并且隔离阀或止回阀（18）设置在密闭腔体（9）内。

9.根据权利要求6或7所述的一种顶部带有双层结构的一体化反应堆，其特征在于：所述的平板型顶盖（19）为圆形平板结构，在圆形平板上下方设置加强肋板（14）；或者所述的平板型顶盖（19）为圆形平板结构，圆形平板下方为弧形边角（15）。

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